Sistema de Machine Vision na Indústria Alimentar - Inspeção de Produtos de Padaria
Max Reijngoudt
Um sistema de visão de alta qualidade para inspeção de produtos de padaria é essencial quando existe uma linha de produção de produtos de padaria. Isto deve-se ao facto de a indústria alimentar ser um dos setores mais altamente regulamentados. É necessário cumprir inúmeras normas. Por isso, uma análise precisa e significativa é muito importante. É particularmente importante não cometer erros e garantir uma produção constantemente monitorizada. A monitorização é, portanto, tão complexa porque muitos fatores devem ser considerados. Assim, é compreensível que não consiga gerir todos estes pontos sozinho.
A nossa grande equipa conhece muito bem os produtos e consegue encontrar uma solução adequada. No entanto, por vezes, as construções também precisam de ser repensadas, pois a física também impõe limites.
A interação da câmera industrial, da lente adequada, de uma iluminação suficiente e de software compatível tem de estar correta. Por isso, os caminhos com os nossos clientes começam muitas vezes da mesma forma. Em conjunto, desenvolvemos a configuração que consideramos mais adequada. Verificamos esta configuração com um teste. Os nossos clientes colocam a configuração em funcionamento e realizam as primeiras verificações. O software corresponde ao hardware? A imagem é suficiente? A configuração pode ser implementada na máquina conforme planeado?
Procuramos esclarecer e responder a todas estas possíveis questões já nas primeiras reuniões de equipa. No final, recomendamos sempre a realização de uma configuração de teste, pois para nós o mais importante é um sistema funcional.
Atualmente, temos um caso de utilização particularmente interessante com um dos nossos clientes para inspeção alimentar. Aqui, é realizada uma inspeção detalhada de produtos de padaria para garantia de qualidade. Diretamente após a cozedura, os produtos de padaria são colocados numa correia transportadora e inspecionados por um sistema de visão composto por quatro câmeras. O foco especial está na monitorização a 360 graus. Durante uma inspeção de cima para baixo, a parte inferior não pode ser captada pelo primeiro par de câmeras. Na correia, os produtos de padaria são rodados a meio por um mecanismo de inclinação, permitindo que o par seguinte de câmeras visualize a parte inferior dos produtos.
Os produtos de padaria são examinados quanto ao tamanho, possíveis defeitos de cor e deformações. Por exemplo, é possível que um defeito de cor no produto só seja visível ao observar a parte inferior.
O sistema de visão para inspeção de produtos de padaria deteta os erros quase em tempo real. Isto permite que o pessoal de produção reaja de imediato. Assim, em muitos casos, é possível evitar a produção defeituosa durante um período mais prolongado.
Table of contents
Seleção da Câmera Industrial de Machine Vision
Ao selecionar a câmera industrial adequada, foi particularmente importante para nós calcular a resolução necessária. Para isso, esclarecemos sempre duas questões essenciais. Qual é o tamanho do campo de visão que pretendo observar e qual é o menor detalhe que pretendo captar. Nesta aplicação de inspeção de produtos de padaria, também considerámos com que precisão queremos medir ou qual o nível de desvio de medição aceitável.
Para calcular estes valores, dispomos das nossas próprias ferramentas. Devido à largura da correia transportadora, dividimos a correia em duas áreas de visualização. Estas áreas sobrepõem-se minimamente, para que o software possa posteriormente gerar uma imagem.
Como os produtos estão em movimento no momento da captura da imagem, optámos por um modelo Global Shutter. Além disso, devido à distância entre o computador e as câmeras, decidimos por uma interface GigE. Para distâncias de 5 metros ou mais, é normalmente recomendada, pois os cabos USB tornam-se muito dispendiosos para distâncias superiores. Além disso, o cliente considerou a função PoE muito importante, permitindo que a câmera seja alimentada diretamente através do cabo de rede. Apesar disso, a câmera pode ainda ser acionada por hardware através do cabo I/O. No entanto, isso não foi necessário neste caso. Mas foi considerada a instalação de uma barreira de luz.
O cliente exigiu uma precisão de medição de 0,3 mm para o menor detalhe visível. O campo de visão (FOV) por câmera foi definido em 400 x 200 mm. Era necessária uma resolução do sistema de 0,1 mm/pixel. Com base em 3 pixels por partícula mais pequena, eram necessários pelo menos 4000 x 2000 pixels. Assim, a nossa escolha recaiu sobre a ME2P-900-13GC-P. Esta câmera tem uma relação de sensor de 2:1 e cumpre todos os critérios necessários. Com 13 FPS, conseguimos trabalhar facilmente, pois a correia transportadora move-se muito lentamente.
Seleção da lente adequada para Inspeção de Produtos de Padaria
Para calcular a distância focal adequada, pode utilizar convenientemente o nosso calculador de lentes. Para isso, necessita do tamanho do sensor da câmera, da distância de trabalho e da largura horizontal do campo de visão.
A câmera "ME2P-900-13GC-P" possui um sensor de 2/3 polegadas. O campo de visão tinha uma largura de 400mm. Devido à configuração da máquina, foi determinada uma possível distância de trabalho de 700 a 800mm. A 750mm, é calculada uma distância focal recomendada de 16mm. Adicionalmente, é importante notar que a lente pode representar a resolução da câmera, por isso também fornecemos as lentes no nosso website com uma indicação de resolução.
Na nossa aplicação de inspeção de produtos de padaria, uma lente com resolução de 5MP seria, portanto, insuficiente, pois a câmera industrial tem uma resolução de 9 MP. Por isso, escolhemos a VA-LCM-10MP-16MM-F2.8-015. Esta lente foi concebida para sensores até 10MP. Neste caso, a combinação entre a câmera e a lente foi idealmente escolhida.
Calculadora de Lente
Software de Processamento de Imagem para Inspeção de Produtos de Padaria
Quando falamos de um sistema completo de machine vision, referimo-nos sempre à combinação de hardware e software. O software de computer vision processa os dados de imagem provenientes da câmera industrial e analisa-os com base em determinados marcadores.
As nossas câmeras são compatíveis com GenICam, o que significa que são compatíveis com várias soluções de software. Estas incluem, por exemplo, MvTec Halcon, NI LabVIEW, Cognex Vision Pro, Matlab ou OpenCV. Muitos clientes também desenvolvem os seus próprios programas, uma vez que possuem a experiência necessária internamente.
Para os primeiros passos, pode utilizar o SDK gratuito. Aí, pode guardar as primeiras gravações e modificar os parâmetros da câmera. A aplicação foi concebida para funcionar sem problemas também num Raspberry Pi. Os sistemas operativos suportados incluem Windows, Linux e Android. Sistemas operativos como o macOS da Apple não são suportados para uso industrial, mas os engenheiros podem executar uma máquina virtual com Windows ou Linux num Mac para garantir a compatibilidade. O SDK suporta linguagens de programação como C++, C#/.NET e Python.
Para esta aplicação de inspeção da qualidade alimentar de produtos de padaria, o cliente pretendia trabalhar com um software fácil de utilizar, mesmo para colegas sem experiência. Por isso, recomenda-se a utilização do Zebra software Aurora Vision. Este software robusto e intuitivo oferece um ambiente gráfico que se assemelha a "uma caixa de ferramentas."
Com este software, o sistema de visão pode ser complementado para detetar tanto o tamanho como a quantidade de produtos de padaria e identificar eventuais falhas de produção. Para adquirir conhecimentos sobre o software Aurora Vision, foi utilizada a versão Lite gratuita com todos os algoritmos padrão.
Possíveis Aplicações
De um modo geral, isto envolve a inspeção ótica de alimentos, que pode ser implementada de forma muito eficaz com a interação entre software e hardware. Dependendo do produto e da velocidade da correia transportadora, poderá ser necessário ajustar o software ou escolher uma câmera diferente, pois a distância de trabalho é maior ou são necessários mais FPS (frames por segundo).
Para considerar todos estes pontos, a nossa equipa está sempre pronta para o aconselhar e fornecer suporte na sua aplicação de inspeção de produtos de padaria. Basta deixar-nos uma breve mensagem através do formulário de contacto e entraremos em contacto consigo rapidamente.
