การตรวจสอบระดับของเหลวโดยใช้ระบบภาพ

ในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม การตรวจจับระดับของเหลวอย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ประสิทธิภาพกระบวนการ และความปลอดภัยในการดำเนินงาน เทคโนโลยีการมองเห็นของเครื่องจักร (Machine Vision) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ไม่สัมผัสและมีความแม่นยำสูง ได้กลายเป็นทางแก้ปัญหาที่ทรงพลังสำหรับการตรวจสอบระดับของเหลว บทความนี้จะกล่าวถึงองค์ประกอบหลักของระบบการมองเห็นของเครื่องจักรสำหรับการตรวจจับระดับของเหลว และการประยุกต์ใช้งานจริงในหลากหลายอุตสาหกรรม

องค์ประกอบหลักของระบบการมองเห็นของเครื่องจักรสำหรับการตรวจจับระดับของเหลว

กล้อง: การจับภาพที่แม่นยำ

กล้องเป็น "ดวงตา" ของระบบ ทำหน้าที่จับภาพพื้นผิวของของเหลว สำหรับการตรวจจับระดับของเหลว ความละเอียด (5MP ถึง 20MP เพื่อความแตกต่างที่ละเอียด) และ อัตราเฟรม (60+ fps สำหรับสายการผลิตความเร็วสูง) เป็นสิ่งสำคัญ เซ็นเซอร์ CCD ให้ประสิทธิภาพที่ดีในสภาพแสงน้อย ในขณะที่เซ็นเซอร์ CMOS มีความเร็วเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก ชัตเตอร์แบบ Global ป้องกันการบิดเบือนภาพเมื่อมีการเคลื่อนไหวของภาชนะ

เลนส์: ความแม่นยำในการโฟกัส

เลนส์ทำหน้าที่ให้โฟกัสที่ระดับของเหลวอย่างชัดเจน โดยมีตัวเลือกที่เหมาะสมตาม ระยะการทำงาน , มุมมองสนาม (FOV) , และ การขยายขนาด . มุมมองแคบและกำลังขยายสูงเหมาะสำหรับภาชนะขนาดเล็ก เช่น หลอดทดลอง เลนส์เทเลเซนตริกเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม เนื่องจากช่วยลดการบิดเบือนมุมมองทำให้การวัดระดับของเหลวมีความคงที่แม้ภาชนะจะเคลื่อนที่เล็กน้อย

การให้แสงสว่าง: สร้างแสงสว่างที่บริเวณรอยต่อระหว่างของเหลวกับก๊าซ

แสงสว่างสร้างความแตกต่างของสีระหว่างของเหลว ภาชนะ และอากาศ การแบ็คไลท์ ใช้งานได้กับภาชนะที่มีความโปร่งใส โดยใช้แหล่งกำเนิดแสงที่ด้านหลังเพื่อสร้างภาพเงาของระดับของเหลว สำหรับภาชนะที่ไม่โปร่งใสหรือมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ การให้แสงแบบแกนร่วมศูนย์ ลดการสะท้อนของแสงบนพื้นผิว หลอดไฟ LED สี เพิ่มความแตกต่างของสีสำหรับของเหลวสีหรือของเหลวที่สะท้อนแสง และการกระจายแสงช่วยลดการสะท้อนกลับ

ซอฟต์แวร์ประมวลผลภาพ: การวิเคราะห์ข้อมูล

ซอฟต์แวร์เฉพาะทางประมวลผลภาพเพื่อระบุระดับของเหลว อัลกอริทึมตรวจจับขอบ วัดระยะห่างระหว่างจุดอ้างอิง (เช่น ด้านบนของภาชนะและพื้นผิวของเหลว) และเปรียบเทียบกับค่าที่กำหนดไว้ ระบบขั้นสูงสามารถจัดการกับความท้าทาย เช่น ผิวหน้าโค้งหรือฟองอากาศ โดยใช้ตัวกรอง การจดจำรูปแบบ หรือการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อความยืดหยุ่น

การประยุกต์ใช้ระบบมองเห็นของเครื่องจักรในการตรวจจับระดับของเหลว

1. อุตสาหกรรมเครื่องดื่มและอาหาร

ในโรงงานบรรจุขวดเครื่องดื่ม ระบบมองเห็นของเครื่องจักรจะตรวจสอบระดับการเติมของเหลวในขวดน้ำ น้ำอัดลม หรือน้ำผลไม้ ที่ความเร็วสูงถึง 1,000 ขวดต่อนาที กล้องที่ติดตั้งไว้ด้านบนหรือข้างสายพานลำเลียงจะตรวจสอบระดับของเหลวที่เติมต่ำเกินไป (ซึ่งอาจทำให้ลูกค้าไม่พอใจ) และระดับที่เติมล้นเกินไป (ซึ่งก่อให้เกิดการหกเลอะเทอะและของเสีย) ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตเครื่องดื่มอัดลมรายใหญ่รายหนึ่งได้ใช้ระบบภาพถ่ายด้วยกล้องความละเอียด 12 ล้านพิกเซลร่วมกับการส่องไฟด้านหลัง เพื่อให้แน่ใจว่าระดับการเติมในขวดพลาสติกมีความสม่ำเสมอภายในช่วง ±0.5 มม. ซึ่งช่วยลดของเสียจากผลิตภัณฑ์ลงได้ 3% ต่อปี

2. ยาและอุปกรณ์ทางการแพทย์

การผลิตยาต้องมีความแม่นยำสูงในการบรรจุสารให้ถูกต้องตามระดับที่กำหนดในหลอดทดลอง กระบอกฉีดยา และถุงให้สารน้ำเพื่อให้มั่นใจว่าปริมาณยาที่ใช้มีความถูกต้อง ระบบการตรวจสอบด้วยภาพในกรณีนี้ต้องสามารถทำงานกับภาชนะขนาดเล็กและของเหลือใส โดยยังคงปฏิบัติตามมาตรฐานทางกฎหมาย (เช่น ข้อกำหนดขององค์การอาหารและยาสหรัฐฯ) บริษัทยาแห่งหนึ่งที่ผลิตปากาฉีดอินซูลิน ใช้เลนส์เทเลเซนตริกและแหล่งกำเนิดแสงแบบแกนร่วม (Coaxial Lighting) เพื่อตรวจจับระดับการบรรจุในกระบอกฉีดยาขนาด 1 มิลลิลิตร ให้ความแม่นยำ ±0.02 มิลลิเมตร ซึ่งช่วยกำจัดการตรวจสอบด้วยคน ลดข้อผิดพลาดจากมนุษย์ และเร่งกระบวนการตรวจสอบความถูกต้องของล็อตสินค้า

3. อุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์และปิโตรเลียม

ในกระบวนการทางเคมี การตรวจสอบระดับของเหลวอย่างแม่นยำช่วยป้องกันการล้นของสารอันตราย และรับประกันอัตราส่วนการผสมที่เหมาะสม ระบบเครื่องจักรสำหรับการมองเห็น (Machine vision systems) ที่ติดตั้งกล้องแบบทนทานเป็นพิเศษ (มีความต้านทานต่อฝุ่น ความชื้น และไอระเหยที่กัดกร่อน) ใช้สำหรับตรวจสอบถังหรือบาร์เรลขนาดใหญ่ที่บรรจุกรด ตัวทำละลาย หรือเชื้อเพลิง ตัวอย่างเช่น โรงกลั่นน้ำมันใช้กล้องถ่ายภาพความร้อน (thermal imaging cameras) ร่วมกับระบบแสงที่มองเห็นได้ เพื่อตรวจจับระดับของเหลวในถังเก็บที่มีอุณหภูมิสูง โดยที่เซ็นเซอร์แบบดั้งเดิมใช้งานไม่ได้เนื่องจากความร้อนจัด

4. ยานยนต์และอากาศยาน

ในการผลิตยานยนต์ ระบบเครื่องจักรสำหรับการมองเห็นตรวจสอบระดับของเหลว เช่น น้ำมันเครื่อง น้ำมันเบรก และสารหล่อเย็นในชิ้นส่วนยานยนต์ ตัวอย่างเช่น ในขั้นตอนการประกอบหม้อน้ำ (radiator) กล้องจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าระดับสารหล่อเย็นตรงตามข้อกำหนดก่อนทำการปิดผนึก เพื่อป้องกันการรั่วไหลและรับประกันสมรรถนะของเครื่องยนต์ ในอุตสาหกรรมการบิน เทคโนโลยีนี้ใช้ตรวจสอบถังเก็บน้ำมันไฮดรอลิกบนเครื่องบิน ซึ่งความแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัย

ข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม

การมองเห็นด้วยเครื่องจักร (Machine vision) มีประโยชน์หลักหลายประการสำหรับการตรวจจับระดับของเหลว:

การวัดแบบไม่สัมผัส : ช่วยลดความเสี่ยงของการปนเปื้อน ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องการความสะอาดเป็นพิเศษ (เช่น ยาและเวชภัณฑ์)

ความเร็วสูงและแม่นยำ : รองานที่ดำเนินการเร็วและให้ความแม่นยำระดับไม่ถึงหนึ่งมิลลิเมตร

ความหลากหลาย : ปรับตัวเข้ากับรูปร่าง ขนาดของภาชนะและประเภทของของเหลวต่าง ๆ ได้หลากหลาย โดยไม่ต้องเปลี่ยนการตั้งค่าใหม่มากนัก

การบูรณาการข้อมูล : ให้ข้อมูลแบบเรียลไทม์สำหรับการปรับปรุงกระบวนการทำงานและรายงานการควบคุมคุณภาพ

สรุป

การมองเห็นด้วยเครื่องจักรได้ปฏิวัติวิธีการตรวจจับระดับของเหลว โดยรวมความแม่นยำ สูง ความรวดเร็ว และความยืดหยุ่นเข้าไว้ด้วยกัน การเลือกใช้กล้อง เลนส์ และระบบแสงที่เหมาะสม ช่วยให้ภาคอุตสาหกรรมสามารถก้าวข้ามข้อจำกัดของวิธีการแบบดั้งเดิม และรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สม่ำเสมอ ตั้งแต่กระบวนการบรรจุเครื่องดื่มไปจนถึงการผลิตในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เทคโนโลยีนี้ยังคงมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือในกระบวนการทำงานที่สำคัญ ทำให้เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในระบบอัตโนมัติยุคใหม่