1. Introdução

A aplicação do espectro de luz e seus vários comprimentos de onda tornou-se um fator importante no avanço da indústria de visão artificial. Utilizando diferentes comprimentos de onda de luz, os sistemas de visão mecânica podem realizar uma variedade de tarefas de inspeção com precisão e eficiência excepcionais.

O espectro de luz consiste em uma faixa de comprimentos de onda, cada um com seu próprio conjunto de propriedades para uma ampla gama de tarefas de inspeção de visão mecânica

 

Por exemplo, ultravioleta (ultravioleta) luz, que tem comprimentos de onda mais curtos que a luz visível, pode ser usado para inspecionar materiais quanto a rachaduras e outros tipos de danos. A luz UV é absorvida pela maioria dos materiais e penetra apenas em curtas distâncias, tornando esta uma ferramenta ideal para inspeção de superfície.

Do outro lado da luz visível está o infravermelho (E) espectro, que começa logo além do que vemos como luz visível vermelha e se estende até o que sentimos como energia térmica, também conhecido como onda longa luz infravermelha ou (LWIR).

Com um comprimento de onda ligeiramente maior que a luz visível, mas muito menor que a energia térmica, infravermelho próximo (NIR) a luz é amplamente utilizada em aplicações de visão artificial devido à sua capacidade de penetrar muitos materiais e revelar recursos e características ocultas dos objetos. Por exemplo, As luzes NIR são comumente usadas na agricultura para investigar estresse e doenças nas culturas, e na fabricação de alimentos e bebidas para detectar contaminação e outros problemas de qualidade.

Para materiais como plásticos, cerâmica, e semicondutores que são invisíveis ou difíceis de observar no espectro visível, infravermelho de ondas curtas (SWIR) a luz pode fornecer melhores capacidades de inspeção do que o infravermelho próximo (NIR) luz, devido aos seus comprimentos de onda mais longos. Sua capacidade de penetrar materiais com características espectrais que exibem refletividade na faixa visível e NIR, mas transparência na faixa SWIR, abriu novas possibilidades para inspeções de qualidade anteriormente impossíveis usando soluções tradicionais de imagem.

2. Adoção da tecnologia de imagem SWIR na indústria de alimentos e bebidas

A indústria de alimentos e bebidas possui rígidos padrões de controle de qualidade para garantir que os consumidores recebam alimentos seguros, produtos de alta qualidade. Com sua faixa expandida de comprimento de onda de inspeção, A tecnologia SWIR oferece mais rapidez, mais preciso, e resultados confiáveis, permitindo inspeções mais avançadas que resultam em menos contaminação, recursos de classificação aprimorados, e produtos de maior qualidade. Nos últimos anos, A tecnologia SWIR ganhou popularidade na indústria de alimentos e bebidas graças aos avanços que melhoraram a qualidade da imagem e a acessibilidade. Esta seção discute diversas aplicações da tecnologia de imagem SWIR na indústria de alimentos e bebidas.

3. Inspeção granular

Grãos como arroz e trigo geralmente contêm vários graus de impurezas, incluindo materiais estranhos e grãos triturados ou descoloridos. Estas impurezas podem degradar a qualidade do produto final e causar perdas significativas. A imagem SWIR é usada para classificar e separar objetos como grãos, nozes, milho, e outros produtos com base no tamanho, forma, e outros fatores para identificar com precisão a contaminação, descoloração, e outros defeitos para uma classificação eficiente e eficaz. O uso de câmeras equipadas com tecnologia SWIR oferece vários benefícios para aplicações de inspeção granular.

 

Aqui estão alguns exemplos:

Alta precisão
Câmeras como as da JAI SW-4010Q modelo, capaz de fornecer imagens RGB e SWIR simultâneas, suporta captura de imagens de alta resolução de materiais granulares em uma única passagem com correlação em nível de pixel e sem problemas de paralaxe. Isso permite inspeções precisas, tornando possível identificar até os menores defeitos ou contaminantes, melhorando a qualidade geral do produto final. Por exemplo, impurezas como pedras, metais e fragmentos de vidro podem ser identificados ao inspecionar grãos e nozes.

 

 

Detecção de impurezas na inspeção de feijão vermelho usando imagens SWIR mais RGB

Inspeção em tempo real
A incorporação da tecnologia SWIR nas câmeras permite a inspeção em tempo real de materiais granulares em altas velocidades, permitindo ação corretiva imediata, reduzindo a quantidade de tempo e recursos necessários para inspeção e retrabalho. Isto aumenta a segurança alimentar, reduzindo o perigo de contaminação e também acelera e agiliza o processo de produção..

Penetração Mais Profunda
Em comparação com câmeras que usam luz visível ou luz infravermelha próxima, As câmeras SWIR são mais adequadas para analisar materiais densos e opacos que exigem penetração mais profunda para capturar imagens detalhadas. Câmeras SWIR, por exemplo, pode penetrar nas camadas externas dos grãos e detectar umidade ou outras propriedades dentro, que pode ser usado para avaliar a qualidade e o valor nutricional dos grãos. De forma similar, eles podem penetrar nas camadas externas dos pós para detectar objetos estranhos ou contaminantes dentro do pó, garantindo a qualidade e segurança do pó.

 

Aqui estão alguns exemplos de como a imagem SWIR é aplicada na inspeção granular:

Classificação de Materiais
Câmeras com tecnologia SWIR integrada podem ser usadas para classificar materiais granulares, como nozes, grãos, e milho com base em suas propriedades únicas e características espectrais. Quando esses materiais são iluminados com luz SWIR, suas propriedades fazem com que absorvam, transmitir ou refletir diferentes comprimentos de onda de luz. As câmeras SWIR podem distinguir diferenças sutis entre vários tipos de nozes, como amêndoas, castanha de caju, ou amendoim, bem como grãos como trigo, cevada, e aveia para que possam ser classificados com base em suas assinaturas espectrais distintas. Nesse caso, o uso de uma câmera multisensor que permite a captura simultânea de imagens visíveis e SWIR permite uma separação ainda mais rápida e precisa de diferentes tipos de grãos, aumentando a eficiência do processo de produção e diminuindo o risco de contaminação. 

Detecção de contaminantes
Quando os alimentos são colhidos ou transportados, impurezas como objetos estranhos, poeira e cascas de nozes podem se misturar com os alimentos. Um método para detectar isso é usar câmeras SWIR para capturar imagens que mostrarão variações em seus padrões de refletância.. Por exemplo, farinha pode ficar contaminada com cascas de nozes, que são uma ameaça para pessoas alérgicas a nozes. Os dados SWIR podem ser usados ​​para detectar esses contaminantes e removê-los da linha de processamento, reduzindo o risco de danos ao consumidor.

Usando o SWIR para revelar objetos estranhos ao inspecionar nozes

Análise de umidade
Usando imagens SWIR, é possível determinar quanta água está presente em materiais granulares, que afeta a vida útil, qualidade, e segurança dos produtos alimentares. Por exemplo, Câmeras SWIR, combinado com as técnicas de iluminação corretas pode ser usado para determinar a quantidade de luz absorvida pelo trigo em diferentes comprimentos de onda que pode então ser usado para gerar um mapa de umidade. Isso demonstra quanta água está presente em diferentes partes da amostra. Quanto mais água há no trigo, quanto mais luz ela absorve em certos comprimentos de onda. Uma quantidade excessiva de umidade em materiais granulares pode aumentar a probabilidade de deterioração e reduzir sua vida útil. Em contraste, umidade insuficiente fará com que os materiais se tornem quebradiços e percam seu valor nutricional, tornando-o menos valioso para uso na produção de alimentos.

 

4. Inspeção de embalagens

A inspeção de embalagens é um processo abrangente que envolve um exame minucioso para garantir que atendam aos requisitos de qualidade e segurança e mantenham a confiança do consumidor no produto.. O uso de câmeras integradas à tecnologia SWIR oferece vários benefícios para aplicações de inspeção de embalagens.

 

Aqui estão alguns exemplos:

Penetração mais profunda
Porque a luz SWIR pode passar por muitos tipos de plástico, bem como a camada de impressão na superfície do plástico, As câmeras SWIR podem fornecer imagens claras e detalhadas do conteúdo dentro. Por exemplo, eles podem detectar níveis de enchimento de recipientes de plástico opacos para garantir que a quantidade correta de produto seja embalada.

 

 

Identificação de materiais
Na região SWIR, materiais diferentes, como plástico, papel, e metal, terá diferentes padrões de refletância, permitindo que sejam identificados. Por exemplo, se uma empresa alimentícia usar embalagens de papel para seus produtos, eles devem garantir que o papel seja de qualidade consistente e não esteja contaminado com substâncias nocivas que possam penetrar no produto.

Detecção aprimorada de defeitos e contaminação
Os produtos alimentares e bebidas são frequentemente embalados em materiais como plástico, vidro ou metal, que podem estar sujeitos à contaminação por óleos, graxa, ou outros líquidos durante o processo de produção. Devido à sua diferente transmitância espectral na banda de ondas SWIR, esses contaminantes podem ser distinguidos, permitindo que os fabricantes identifiquem e removam os produtos afetados com mais rapidez e precisão, garantindo a segurança do produto. Por exemplo, eles podem detectar defeitos em materiais de embalagem, como bolsas de ar ou vedações fracas, o que pode levar à deterioração ou contaminação do produto. Além disso, As câmeras SWIR podem detectar a contaminação por óleo em embalagens como latas e permitir que os sistemas os removam da linha de processamento.

Aqui estão alguns exemplos de como a imagem SWIR é usada para inspeção de embalagens:

Detecção de umidade
A umidade pode afetar os materiais de embalagem, fazendo-os enrugar, descolorir, ou até mesmo se tornar inutilizável. As câmeras SWIR costumam ser a câmera preferida porque as moléculas de água absorvem luz nesse espectro, tornando possível detectar a presença de água mesmo através de materiais de embalagem opacos ou multicamadas com estruturas complexas, como filmes laminados e bolsas.

Inspeção do produto através da embalagem
As câmeras SWIR podem inspecionar o produto dentro de materiais de embalagem, como plásticos. Eles podem, por exemplo, determinar o nível de enchimento de produtos líquidos como sucos para fins de controle de qualidade.

Proteção contra falsificação
Embora não seja estritamente relacionado à alimentação, a mesma tecnologia usada para verificar rótulos de produtos alimentícios também pode ser aplicada à moeda usada para comprá-los. As câmeras SWIR podem detectar notas falsas analisando recursos exclusivos, incluindo propriedades da tinta, textura de papel e técnicas de impressão. Usando algoritmos sofisticados, as imagens captadas são analisadas para detectar a presença ou ausência de radiação infravermelha emitida pelos materiais utilizados nas notas genuínas, tornando-os fáceis de identificar.

 

5. Combinação de imagens simultâneas e separadas de luz RGB mais SWIR

Embora as câmeras SWIR possam melhorar a eficiência da inspeção, câmeras de luz visível ainda são necessárias para muitas aplicações de visão mecânica relacionadas a alimentos. Essas câmeras podem analisar nuances de cores, inspecionar tamanho, e forma, e verificar a cor das etiquetas ou materiais impressos no espectro visível. Para detectar uma gama mais ampla de defeitos, os requisitos de inspeção de qualidade na fabricação de alimentos e bebidas geralmente exigem o uso de técnicas de imagem visíveis e não visíveis na mesma linha de produção.

 

 

Existem várias vantagens significativas em usar uma única câmera que oferece tecnologia multisensor:

Melhor controle de qualidade
O uso simultâneo de imagens RGB e SWIR proporciona uma análise mais abrangente de produtos alimentícios com maior precisão de inspeção. A imagem RGB captura a luz visível e produz uma imagem colorida do objeto que pode ser usada para detectar defeitos de superfície e analisar variações de cores. Imagem SWIR, no entanto, captura luz infravermelha de ondas curtas e fornece informações sobre as propriedades ópticas do objeto além do espectro visível, permitindo-lhe penetrar certos materiais e detectar características subterrâneas. No exemplo abaixo, a luz visível é usada para verificar a precisão da impressão colorida e do texto da etiqueta na embalagem, enquanto a luz SWIR é usada para penetrar na embalagem e detectar nozes que parecem escuras. Esses dados combinados permitem uma inspeção mais precisa e confiável para atender aos padrões de qualidade e segurança do produto.

 

Inspeção simultânea da impressão colorida e do conteúdo de uma embalagem com tecnologia RGB+SWIR.

 

Complexidade e custos de configuração reduzidos
Combinando duas técnicas de imagem em um único dispositivo, a necessidade de câmeras separadas, lentes, cabeamento, e o equipamento de montagem é eliminado. Isso reduz o custo geral e a complexidade do sistema de inspeção, ao mesmo tempo que facilita a integração da câmera em uma linha de produção existente.

Maior eficiência e desempenho
Os recursos de imagem RGB e SWIR simultâneos e separados do modelo SW-4010Q da série Sweep+ da JAI proporcionam benefícios de desempenho ainda maiores, permitindo a detecção precisa de contaminantes e defeitos em produtos alimentícios. Imagem RGB, por exemplo, pode fornecer informações detalhadas sobre a aparência e cor dos produtos, como descoloração, enquanto a imagem SWIR pode penetrar através da embalagem para detectar características subterrâneas, como umidade, hematomas e defeitos internos.

 

6. Conclusão

A imagem SWIR é uma tecnologia valiosa para a indústria de alimentos e bebidas. Com sua capacidade de detectar defeitos e contaminantes invisíveis, A tecnologia SWIR pode ajudar as empresas a manter altos padrões de qualidade dos produtos e garantir que os produtos sejam seguros para consumo.

Reconhecendo JAI como fonte deste artigo