Trong các nhà máy hiện đại, kiểm soát chất lượng không chỉ dừng lại ở việc phát hiện sản phẩm lỗi sau khi hoàn tất sản xuất. Doanh nghiệp ngày càng cần một phương pháp có thể kiểm tra nhanh, ổn định và tự động ngay trên dây chuyền, đặc biệt với những sản phẩm có yêu cầu cao về ngoại quan, kích thước, mã in hoặc thông tin truy xuất.

Đó là lý do hệ thống kiểm tra thị giác ngày càng được ứng dụng trong nhiều dây chuyền sản xuất. Công nghệ này sử dụng camera công nghiệp, hệ thống chiếu sáng và phần mềm xử lý hình ảnh để ghi nhận, phân tích sản phẩm và đưa ra kết quả kiểm tra theo các tiêu chí đã thiết lập. Với những hệ thống phù hợp, doanh nghiệp có thể kết hợp nhiều tác vụ như kiểm tra ngoại quan, đọc mã, OCR, đo kích thước và phát hiện lỗi trên cùng một quy trình.

Hệ thống kiểm tra thị giác là gì?

Hệ thống kiểm tra thị giác là giải pháp sử dụng công nghệ machine vision để giúp máy móc ghi nhận hình ảnh, phân tích đặc điểm của sản phẩm và xác định sản phẩm có đáp ứng tiêu chí kiểm tra hay không. Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng quan sát của nhân công, hệ thống thực hiện kiểm tra dựa trên các điều kiện và thuật toán được cài đặt trước.

Tùy mục tiêu kiểm tra, hệ thống kiểm tra thị giác có thể được cấu hình để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau. Một số chức năng phổ biến gồm:

• Kiểm tra sự có mặt hoặc thiếu sản phẩm, linh kiện và chi tiết
• Kiểm tra ngoại quan và hình dạng sản phẩm
• Đọc barcode, QR Code và DataMatrix
• Đọc và xác minh ký tự bằng OCR hoặc OCV
• Kiểm tra màu sắc
• Đo chiều rộng, chiều cao, khoảng cách, góc hoặc đường kính
• Phát hiện lỗi bề mặt, lỗi in và sai vị trí

Machine vision hiện được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử, SMT, PCB, thực phẩm, dược phẩm, packaging, logistics và automotive.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống kiểm tra thị giác

Để hiểu vì sao hệ thống kiểm tra thị giác có thể tự động phát hiện sản phẩm đạt hoặc không đạt, cần nhìn vào hai yếu tố chính là cấu tạo phần cứng và quy trình xử lý hình ảnh. Mỗi thành phần đảm nhiệm một vai trò khác nhau nhưng phải phối hợp đồng bộ để tạo ra kết quả kiểm tra ổn định.

Các thành phần chính của hệ thống kiểm tra thị giác

Một hệ thống kiểm tra thị giác thường được xây dựng từ nhiều thành phần, trong đó camera và ánh sáng có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình ảnh đầu vào. Bộ xử lý và phần mềm sau đó sử dụng dữ liệu này để thực hiện các phép kiểm tra theo yêu cầu.

Các thành phần cơ bản gồm:

• Camera vision công nghiệp: Camera có nhiệm vụ thu nhận hình ảnh của sản phẩm tại vị trí kiểm tra. Tùy ứng dụng, doanh nghiệp có thể lựa chọn camera với độ phân giải, tốc độ xử lý và khả năng lấy nét khác nhau.
• Lens: Lens quyết định trường nhìn, khoảng cách làm việc và mức độ chi tiết của hình ảnh. Việc lựa chọn lens cần dựa trên kích thước sản phẩm, khoảng cách từ camera đến vật thể và yêu cầu kiểm tra.
• Hệ thống chiếu sáng: Ánh sáng giúp làm nổi bật đặc điểm cần kiểm tra và hạn chế ảnh hưởng của điều kiện môi trường. Các cấu hình như ring light, đèn LED đỏ, xanh hoặc IR có thể được sử dụng tùy bề mặt và đặc tính sản phẩm.
• Bộ xử lý hình ảnh: Đây là nơi dữ liệu hình ảnh được phân tích dựa trên các công cụ và điều kiện đã thiết lập. Với smart camera, nhiều chức năng xử lý có thể được tích hợp trực tiếp trong thiết bị.
• Phần mềm vision inspection: Phần mềm cung cấp các công cụ để kiểm tra hình dạng, màu sắc, kích thước, mã sản phẩm, ký tự hoặc lỗi ngoại quan.
• PLC và hệ thống điều khiển: Kết quả kiểm tra có thể được truyền đến PLC hoặc hệ thống automation để thực hiện các bước tiếp theo như cảnh báo, phân loại hoặc loại bỏ sản phẩm NG.

Với một số smart camera hiện đại, nhiều chức năng có thể được tích hợp trong một thiết bị nhỏ gọn. Chẳng hạn, Machine Vision F430 F Series với các chức năng vision inspection, đọc barcode và QR Code, OCR/OCV, đo kích thước và phát hiện lỗi ngoại quan.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống kiểm tra thị giác

Nguyên lý hoạt động của hệ thống kiểm tra thị giác có thể hiểu theo một chuỗi từ thu nhận hình ảnh đến phân tích và phản hồi kết quả. Khi sản phẩm di chuyển đến khu vực kiểm tra, camera sẽ nhận tín hiệu kích hoạt và ghi lại hình ảnh theo cấu hình của hệ thống.

Trước tiên, hệ thống chiếu sáng tạo điều kiện hình ảnh phù hợp để camera nhận diện rõ khu vực cần kiểm tra. Sau đó, camera thu nhận hình ảnh và truyền dữ liệu đến bộ xử lý hoặc xử lý trực tiếp nếu sử dụng smart camera.

Tiếp theo, phần mềm phân tích hình ảnh theo các tiêu chí đã được thiết lập. Tùy ứng dụng, hệ thống có thể kiểm tra sự có mặt của sản phẩm, đọc mã, nhận diện ký tự, kiểm tra màu sắc, đo kích thước hoặc phát hiện các đặc điểm bất thường.

Kết quả được phân loại thành trạng thái phù hợp với yêu cầu của dây chuyền, thường là OK hoặc NG. Nếu phát hiện sản phẩm không đạt, hệ thống có thể truyền tín hiệu đến PLC để kích hoạt cơ cấu loại bỏ hoặc cảnh báo. Dữ liệu kiểm tra cũng có thể được sử dụng cho mục đích truy xuất tùy cấu hình.

Điểm quan trọng là chất lượng của kết quả không chỉ phụ thuộc vào camera. Ánh sáng, lens, vị trí lắp đặt, tốc độ dây chuyền, khoảng cách kiểm tra và điều kiện thực tế của sản phẩm đều có thể ảnh hưởng đến khả năng nhận diện. Vì vậy, việc triển khai hệ thống kiểm tra thị giác cần bắt đầu từ yêu cầu kiểm tra thực tế thay vì chỉ lựa chọn camera dựa trên thông số.

AI giúp hệ thống kiểm tra thị giác hoạt động hiệu quả hơn như thế nào?

AI có thể mở rộng khả năng phân tích hình ảnh của hệ thống kiểm tra thị giác, đặc biệt với những yêu cầu mà đặc điểm lỗi khó mô tả hoàn toàn bằng các điều kiện cố định. Thay vì chỉ kiểm tra một số tiêu chí hình học hoặc màu sắc được thiết lập trước, các phương pháp dựa trên AI có thể hỗ trợ nhận diện những mẫu hình phức tạp hơn.

Tuy nhiên, AI không phải lúc nào cũng là lựa chọn bắt buộc. Với những yêu cầu có tiêu chí rõ ràng như đọc barcode, kiểm tra sự có mặt, đo kích thước hoặc xác minh một số ký tự, các công cụ machine vision truyền thống có thể đã đáp ứng tốt.

Ứng dụng của hệ thống kiểm tra thị giác trong sản xuất

Hệ thống kiểm tra thị giác có thể được triển khai ở nhiều công đoạn khác nhau, từ kiểm tra nguyên liệu, linh kiện đến xác minh thành phẩm trước khi đóng gói hoặc xuất hàng. Phạm vi ứng dụng phụ thuộc vào đặc tính sản phẩm và tiêu chí chất lượng của từng dây chuyền.

Kiểm tra bao bì, nhãn mác và mã in

Trong ngành đóng gói, thực phẩm và dược phẩm, thông tin trên bao bì có thể ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng nhận diện và truy xuất sản phẩm. Hệ thống kiểm tra thị giác có thể được sử dụng để kiểm tra nhãn, mã vạch, QR Code, DataMatrix hoặc các thông tin được in trên sản phẩm.

Xem thêm: Camera vision kiểm tra mã QR Code, Data Matrix… giúp doanh nghiệp tránh rủi ro pháp lý như thế nào?

Với OCR và OCV, hệ thống có thể đọc hoặc xác minh các thông tin như LOT, serial number, ngày sản xuất và hạn sử dụng tùy yêu cầu ứng dụng. Trong thực tế, camera còn có thể được tích hợp vào quy trình kiểm tra sau công đoạn in để xác nhận dữ liệu trước khi sản phẩm tiếp tục đi đến công đoạn kế tiếp.

Kiểm tra ngoại quan sản phẩm

Kiểm tra ngoại quan là một trong những ứng dụng phổ biến của hệ thống kiểm tra thị giác. Camera có thể được bố trí tại các vị trí phù hợp để kiểm tra hình dạng, màu sắc, vị trí linh kiện, lỗi bề mặt hoặc những đặc điểm không phù hợp với mẫu chuẩn.

Với dây chuyền tốc độ cao, việc tự động hóa công đoạn này giúp giảm sự phụ thuộc vào thao tác quan sát liên tục của nhân công. Tuy nhiên, mức độ chính xác thực tế vẫn phụ thuộc vào thiết kế hệ thống, điều kiện ánh sáng, mẫu sản phẩm và tiêu chí lỗi cần phát hiện.

Ứng dụng hệ thống kiểm tra thị giác trong các ngành sản xuất

Nhờ khả năng kết hợp nhiều chức năng, hệ thống kiểm tra thị giác có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Các ứng dụng thực tế được ghi nhận gồm điện tử, thực phẩm, dược phẩm, logistics, đóng gói và nhiều lĩnh vực sản xuất khác.

Trong ngành điện tử, hệ thống có thể hỗ trợ kiểm tra linh kiện, PCB, barcode và OCR. Với thực phẩm, camera có thể kiểm tra nắp chai, nhãn, hạn sử dụng và mã trên bao bì. Trong ngành dược phẩm, machine vision có thể hỗ trợ kiểm tra blister, thông tin in và barcode.

Trong ngành ô tô, hệ thống kiểm tra thị giác được sử dụng để kiểm tra hướng lắp đặt của linh kiện, đọc mã lô sản xuất, kiểm tra tình trạng lắp ráp và đo kích thước nhằm đảm bảo sản phẩm đáp ứng đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. Trong lĩnh vực logistics, hệ thống hỗ trợ đọc mã vạch, mã QR và kiểm tra nhãn vận chuyển, giúp tự động hóa quá trình phân loại, theo dõi và quản lý hàng hóa trong kho.

Lợi ích khi doanh nghiệp triển khai hệ thống kiểm tra thị giác

Khi được thiết kế đúng với nhu cầu sản xuất, hệ thống kiểm tra thị giác có thể mang lại nhiều lợi ích cho hoạt động kiểm soát chất lượng. Giá trị lớn nhất không nằm ở việc thay thế hoàn toàn con người mà ở khả năng tạo ra một quy trình kiểm tra ổn định, có thể lặp lại và kết nối với dây chuyền tự động.

Doanh nghiệp có thể hướng đến những lợi ích sau:

• Kiểm tra sản phẩm tự động ngay trên dây chuyền
• Giảm sai sót phát sinh từ kiểm tra thủ công
• Tăng tính ổn định giữa các ca sản xuất
• Phát hiện lỗi trước khi sản phẩm chuyển sang công đoạn tiếp theo
• Hỗ trợ đọc mã và thu thập dữ liệu sản xuất
• Kết nối kết quả OK hoặc NG với PLC và hệ thống automation
• Giảm số lượng thiết bị khi sử dụng smart camera tích hợp nhiều chức năng

Một số dòng smart camera còn tích hợp nhiều tác vụ trong cùng một thiết bị, từ kiểm tra sản phẩm, đọc mã, OCR đến đo lường và phát hiện lỗi. Cấu hình này có thể giúp đơn giản hóa hệ thống trong những ứng dụng phù hợp.

Cách lựa chọn hệ thống kiểm tra thị giác phù hợp cho doanh nghiệp

Không có một cấu hình hệ thống kiểm tra thị giác phù hợp cho mọi dây chuyền. Doanh nghiệp cần xác định rõ yêu cầu cần giải quyết trước khi lựa chọn camera, lens, ánh sáng và phần mềm.

Trước tiên, cần xác định chính xác sản phẩm cần kiểm tra và loại lỗi cần phát hiện. Một yêu cầu đọc QR Code sẽ có yêu cầu khác với yêu cầu phát hiện vết xước, đo kích thước hoặc kiểm tra màu sắc.

Tiếp theo, cần đánh giá tốc độ dây chuyền, kích thước sản phẩm, khoảng cách lắp camera và điều kiện ánh sáng tại vị trí kiểm tra. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thu nhận hình ảnh và tốc độ xử lý.

Doanh nghiệp cũng nên xác định hệ thống cần giao tiếp với thiết bị nào. Nếu kết quả kiểm tra phải điều khiển cơ cấu loại sản phẩm NG, PLC và giao tiếp với hệ thống tự động cần được tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế.

Với những ứng dụng cần nhiều chức năng, smart camera có thể là phương án đáng cân nhắc. Chẳng hạn, F430 F Series với độ phân giải lên đến 5 Megapixel, hỗ trợ barcode, QR Code, DataMatrix, OCR/OCV, measurement và defect detection tùy cấu hình.

Quan trọng hơn, doanh nghiệp nên thực hiện chạy thử trên mẫu sản phẩm thực tế trước khi chốt cấu hình. Việc kiểm tra trực tiếp giúp đánh giá khả năng nhận diện, điều kiện ánh sáng, tốc độ xử lý và mức độ phù hợp với dây chuyền thay vì chỉ dựa vào thông số trên tài liệu kỹ thuật.

Kết luận

Hệ thống kiểm tra thị giác là một giải pháp quan trọng trong quá trình tự động hóa kiểm soát chất lượng sản xuất. Bằng cách kết hợp camera công nghiệp, lens, ánh sáng, xử lý hình ảnh và hệ thống điều khiển, doanh nghiệp có thể tự động thực hiện nhiều công đoạn kiểm tra như đọc mã, OCR, đo kích thước, kiểm tra ngoại quan và phát hiện lỗi.

CVM Group là đơn vị tư vấn và tích hợp các giải pháp machine vision và tự động hóa cho nhiều ngành như điện tử, thực phẩm, dược phẩm, đóng gói, logistics và cơ khí. Nếu doanh nghiệp của bạn đang cần triển khai hệ thống kiểm tra thị giác để kiểm tra ngoại quan, đọc mã vạch, OCR, đo kích thước hoặc phát hiện lỗi sản phẩm trên dây chuyền, hãy liên hệ với CVM Group để được đội ngũ kỹ thuật khảo sát thực tế và tư vấn giải pháp phù hợp với nhu cầu sản xuất cũng như ngân sách đầu tư.