Penelitian tentang Teknologi Deteksi Benda Asing pada Kaleng Setelah Pengisian dan Sebelum Penyegelan

Dalam industri makanan dan minuman, sepotong kecil film transparan, serpihan logam, atau pecahan kaca dapat menimbulkan ancaman signifikan terhadap kualitas produk. Deteksi benda asing setelah pengisian dan sebelum penyegelan kaleng merupakan garis pertahanan penting dalam memastikan keamanan pangan.

Dalam proses produksi kaleng, tahap setelah pengisian dan sebelum penyegelan merupakan titik berisiko tinggi terhadap kontaminasi benda asing. Karena sifat kaleng yang buram dan permukaan bagian dalam yang sangat reflektif, metode deteksi tradisional kesulitan untuk secara efektif mengidentifikasi benda asing, terutama kontaminan yang transparan atau sangat kecil.

Melalui kombinasi teknologi canggih seperti iluminasi cahaya terpolarisasi, transmisi sinar-X, dan visi mesin, sistem deteksi modern kini dapat mendeteksi berbagai benda asing secara real-time pada jalur produksi berkecepatan tinggi, termasuk pecahan logam dan kaca tradisional, serta pecahan film transparan yang sulit diidentifikasi.

1. Tantangan Teknis Deteksi Benda Asing

Deteksi benda asing di dalam kaleng menghadapi berbagai tantangan teknis. Sifat kaleng yang buram menghalangi inspeksi transmisi sederhana, sementara permukaan bagian dalamnya yang sangat reflektif dan berstruktur menyebabkan banyak pantulan cahaya, yang mengakibatkan hilangnya arah polarisasi dengan cepat dan mengganggu hasil pencitraan.

Karakteristik benda asing yang beragam juga meningkatkan kesulitan pendeteksian. Misalnya, fragmen film transparan yang mungkin tercampur selama proses pengemasan memiliki karakteristik polarisasi yang berbeda-beda: beberapa sangat terpolarisasi, beberapa terpolarisasi lemah, dan beberapa tidak terpolarisasi sama sekali. Untuk film yang terpolarisasi lemah atau tidak terpolarisasi, metode deteksi polarisasi tradisional memiliki efektivitas yang terbatas.

Kondisi aktual lingkungan produksi juga menghadirkan tantangan. Jalur produksi berkecepatan tinggi mengharuskan sistem deteksi untuk menyelesaikan penilaian dalam waktu yang sangat singkat—biasanya lebih dari 10 kaleng per detik. Pada saat yang sama, getaran mekanis pada jalur produksi dan perubahan cahaya sekitar dapat mengganggu akurasi deteksi.

2. Prinsip dan Metode Teknologi Deteksi Utama

Teknologi Pencitraan Cahaya Terpolarisasi

Untuk mengatasi kesulitan deteksi yang disebabkan oleh permukaan bagian dalam kaleng yang reflektif, teknologi pencitraan cahaya terpolarisasi menawarkan solusi inovatif. Teknologi ini menggabungkan perangkat polarisasi pertama pada jalur cahaya antara sumber cahaya perangkat penerangan dan dinding bagian bawah dalam, yang mempolarisasi radiasi yang mencapai dinding bagian bawah dalam.

Perangkat penerangan dirancang sedemikian rupa sehingga sebagian besar radiasi yang diarahkan ke dalam wadah mencapai dinding bawah bagian dalam secara langsung, bukan dinding samping. Hal ini memastikan bahwa cahaya hanya memantul sekali dari dinding bawah bagian dalam sebelum kembali ke perangkat perekam gambar, sehingga arah polarisasinya tetap terjaga. Saat menggunakan cahaya terpolarisasi melingkar, arah putaran cahaya berubah setelah dipantulkan dari dinding bawah bagian dalam, memungkinkan identifikasi benda asing secara efektif melalui penggunaan filter polarisasi yang sesuai.

Studi menunjukkan bahwa hasil deteksi optimal dicapai ketika perangkat penerangan dan perekaman gambar diposisikan antara 500 mm dan 700 mm dari lubang kaleng, dan penerangan serta pengambilan gambar dilakukan pada sudut kurang dari 10°. Konfigurasi ini secara signifikan meningkatkan tingkat deteksi benda asing yang terpolarisasi lemah dan tidak terpolarisasi.

Penglihatan Mesin dan Pencitraan Medan Gelap

Teknologi visi mesin banyak digunakan dalam pendeteksian benda asing di dalam kaleng minuman, terutama cocok untuk mendeteksi kerusakan pada bagian bukaan, dasar, dan dinding bagian dalam kaleng. Sistem deteksi lengkap biasanya mencakup sistem penerangan, sistem akuisisi gambar, dan sistem pengolahan gambar.

Pencitraan medan gelap adalah teknik khusus yang menerangi wadah dari samping, sehingga benda asing tampak terang di latar belakang yang gelap. Untuk wadah yang berisi cairan, alat getar digunakan untuk menggetarkan dinding samping wadah, menyebabkan benda asing di bagian bawah bergerak, sehingga lebih mudah diidentifikasi dalam gambar.

Dalam aplikasi praktis, sistem ini menggunakan metode varians antar kelas maksimum untuk memisahkan area target dan melakukan analisis fitur kontur pada area bukaan kaleng; metode gradien Hough digunakan untuk mensegmentasi area lingkaran konsentris bagian bawah kaleng; dan transformasi koordinat polar digunakan untuk menyelesaikan masalah kompresi gambar untuk area dinding bagian dalam, diikuti oleh binarisasi dan analisis komponen terhubung untuk menemukan cacat.

Teknologi Deteksi Transmisi Sinar-X

Teknologi deteksi sinar-X memiliki kemampuan deteksi yang baik untuk benda asing dari berbagai material, dan sangat cocok untuk kemasan yang tidak transparan. Sistem ini terdiri dari sumber radiasi dan detektor. Dengan menangkap citra transmisi yang dihasilkan oleh pencitraan transmisi sinar-X, sistem ini dapat mengidentifikasi apakah kaleng tersebut kekurangan komponen yang diperlukan atau mengandung benda asing seperti kotoran logam.

Keunggulan utama deteksi sinar-X adalah kemampuannya untuk melakukan berbagai deteksi secara bersamaan: termasuk deteksi benda asing, verifikasi integritas kemasan, dan konfirmasi isi. Sistem sinar-X baru seperti ScanTrac 200 dapat mendeteksi benda asing sekecil 0,5 mm dengan kecepatan hingga 2200 buah per menit.

Eksitasi Getaran dan Perbandingan Multi-Citra

Untuk kaleng minuman yang sudah terisi, metode yang efektif adalah menggunakan getaran untuk menggerakkan benda asing potensial, sehingga lebih mudah dideteksi. Sistem ini menggunakan perangkat getaran untuk bekerja pada dinding samping wadah, menyebabkan benda asing di bagian bawah bergerak, dan kemudian kamera inspeksi menangkap gambar medan gelap dari bagian bawah wadah. Teknologi kuncinya terletak pada konfigurasi beberapa kamera inspeksi secara berurutan sepanjang arah pengangkutan, dengan area pencitraannya saling tumpang tindih. Hal ini memungkinkan akuisisi rangkaian gambar kontinu dari bagian bawah wadah. Dengan membandingkan perbedaan dalam gambar-gambar ini, partikel asing yang bergerak dapat diidentifikasi secara akurat.

3. Komponen Teknologi Utama Sistem Deteksi

Sistem deteksi benda asing dalam kaleng minuman yang lengkap terdiri dari beberapa komponen yang terkoordinasi secara presisi. Sistem pencahayaan sangat penting untuk memastikan pencitraan yang stabil; berbagai jenis sumber cahaya (seperti sumber lampu sorot LED) dan metode pencahayaan (medan terang, medan gelap) dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan deteksi.

Sistem akuisisi gambar terdiri dari kamera industri, lensa, dan sensor gambar, yang bertanggung jawab untuk mendapatkan gambar berkualitas tinggi dari bagian dalam kaleng. Sistem modern biasanya menggunakan kamera CCD atau CMOS beresolusi tinggi, yang dipadukan dengan filter polarisasi khusus, untuk menangkap gambar yang jelas dari bagian dalam kaleng.

Sistem pengolahan citra menggunakan berbagai algoritma untuk menganalisis citra yang diperoleh, termasuk pra-pemrosesan citra (penghalusan, penyaringan, pengurangan noise), ekstraksi fitur, dan identifikasi cacat. Sistem canggih juga menggunakan teknologi kecerdasan buatan, seperti jaringan saraf konvolusional (CNN), untuk meningkatkan akurasi deteksi dan kemampuan adaptasi.

Mekanisme penentuan posisi dan penolakan merupakan bagian eksekusi dari sistem. Sensor fotolistrik mendeteksi posisi kaleng, secara tepat memicu pengambilan gambar. Ketika benda asing terdeteksi, sistem secara otomatis mengeluarkan produk cacat dari jalur produksi.

4. Aplikasi Industri dan Evaluasi Kinerja

Dalam aplikasi industri sebenarnya, sistem deteksi benda asing pada kaleng minuman menunjukkan kinerja yang sangat baik. Studi menunjukkan bahwa sistem deteksi online berbasis visi mesin dapat beroperasi secara stabil dengan kecepatan 10 kaleng per detik, dengan akurasi deteksi hingga 99,89%, yang pada dasarnya memenuhi kebutuhan lini produksi berkecepatan tinggi.

Mengambil contoh sistem RotoCheck dari Krones, sistem ini dirancang khusus untuk mendeteksi pecahan kaca dalam botol bir, mampu mengidentifikasi benda asing sekecil 0,5 mm, dengan tingkat kesalahan penolakan kurang dari 0,05%. Pada jalur produksi dengan kecepatan 60.000 botol per jam, sistem ini dapat beroperasi secara terus menerus dan stabil, menunjukkan kinerja yang luar biasa.

Kemampuan adaptasi sistem deteksi juga merupakan keunggulan yang signifikan. Sistem deteksi canggih menggunakan "teknologi kontrol jaringan saraf," yang memungkinkan sistem tersebut beradaptasi dengan berbagai bentuk, parameter operasi, dan kondisi kerja melalui pembelajaran mandiri, sehingga meningkatkan sensitivitas sistem kontrol dan mengurangi tingkat kesalahan. Kemampuan adaptasi ini memungkinkan sistem untuk mengatasi berbagai perubahan pada lini produksi.

05 Tren dan Tantangan Perkembangan Teknologi

Teknologi deteksi benda asing pada minuman kaleng berkembang menuju presisi yang lebih tinggi, kecepatan yang lebih tinggi, dan kemampuan adaptasi yang lebih besar. Tingkat otomatisasi yang tinggi dan peningkatan keandalan sistem merupakan tren utama dalam perkembangan teknologi saat ini. Sistem inspeksi modern tidak hanya dapat mengidentifikasi benda asing tetapi juga secara bersamaan melakukan berbagai tugas seperti verifikasi integritas kemasan dan konfirmasi isi.

Penerapan kecerdasan buatan dan teknologi pembelajaran mesin mengubah metode inspeksi tradisional. Melalui pelatihan sampel yang ekstensif, sistem cerdas dapat mengidentifikasi anomali terkecil, bahkan melampaui kemampuan mata manusia dalam beberapa aspek. Sistem inspeksi berbasis jaringan saraf memiliki fungsi pembelajaran mandiri, adaptasi mandiri, penyimpanan mandiri, dan diagnostik mandiri, yang memungkinkan peningkatan kinerja deteksi secara berkelanjutan.

Integrasi multi-teknologi merupakan tren penting lainnya. Misalnya, penggabungan pencitraan cahaya terpolarisasi dengan deteksi sinar-X memungkinkan deteksi simultan terhadap cacat permukaan dan benda asing di dalam kemasan. Beberapa sistem canggih bahkan dapat melakukan deteksi benda asing, verifikasi integritas kemasan, dan konfirmasi isi secara bersamaan.

Terlepas dari kemajuan teknologi yang berkelanjutan, deteksi benda asing dalam kaleng minuman masih menghadapi beberapa tantangan. Peningkatan kecepatan deteksi untuk mengakomodasi lini produksi berkecepatan tinggi, pengurangan tingkat positif palsu, dan adaptasi terhadap berbagai jenis benda asing yang lebih luas adalah beberapa isu yang perlu ditangani dalam pengembangan teknologi di masa mendatang.

Pada jalur produksi pabrik bir, sistem RotoCheck memeriksa setiap kaleng dengan kecepatan 60.000 kaleng per jam. Ketika risiko pecahan kaca terdeteksi, sistem segera mengeluarkan kaleng tersebut dari jalur produksi – semuanya dalam hitungan milidetik.

Teknologi deteksi benda asing dalam kaleng minuman telah berevolusi dari pengambilan sampel manual awal hingga sistem inspeksi otomatis berpresisi tinggi saat ini. Dengan kemajuan berkelanjutan dalam teknologi visi mesin, kecerdasan buatan, dan sensor, sistem inspeksi di masa depan akan menjadi lebih akurat dan efisien, memberikan jaminan yang lebih kuat untuk keamanan pangan.