Visão artificial na indústria de alimentos

Por Salvador Giró | CEO Grupo INFAIMON

alimentos

A primeira coisa em que pensamos ao falar de uma cooperativa agrícola que classifica e armazena frutas é num lugar pouco sofisticado, com grande quantidade de pó e com centenas de pessoas classificando as frutas manualmente. Evidentemente, este conceito pouco tem a ver com a realidade.

Atualmente, este tipo de indústria é altamente sofisticada, com sistemas de controlo automático de humidade e temperatura, assim como com mecanismos de controlo de níveis de oxigênio, normalmente situados em grandes naves do tamanho de um hangar de aviação e, por conseguinte, com sistemas de visão de cor para classificar os distintos tipos de frutas e hortaliças.

Os sistemas de visão artificial utilizados nestes recintos estão disponibilizados numa área de atuação, onde capturam as imagens das frutas que se deslocam sobre a cinta transportadora. O sistema de visão é capaz de classificar a fruta segundo a sua forma ou tamanho e determinar o seu grau de maturação através da cor.

Os sistemas de inspeção de alimentos frescos têm uma grande aceitação e difusão na Europa.

A adoção destes sistemas foi determinada, principalmente, por dois fatores: o envelhecimento dos trabalhadores, que resultou em menos mão de obra disponível para este tipo de trabalho de classificação e os altos custos laborais nos países desenvolvidos.

Consequentemente, nos últimos anos, verificou-se um crescente número de empresas dos países desenvolvidos a apostarem no fabrico de máquinas de classificação de alimentos e posterior exportação para os países em desenvolvimento, já que o produto classificado, habitualmente, tem o seu mercado na Europa e Estados Unidos, países que exigem a máxima qualidade.

De facto, podemos distinguir dois tipos de mercados: um relacionado com os alimentos frescos e outro com os alimentos elaborados, no qual se inserem os congelados, enlatados, embalados, pré-cozidos…

A maioria das empresas do setor alimentar utiliza sistemas de visão artificial com cor e o mercado automóvel ou de semicondutores utiliza, normalmente, os sistemas de visão monocromática.

A inspeção na indústria alimentar é realizada tanto com câmaras lineares, como com câmaras matriciais, dependendo do tipo de fabricante e do tipo de classificação. Alguns fabricantes de máquinas para a indústria alimentar também oferecem versões constituídas por câmaras infravermelhas, que podem detectar a presença de corpos estranhos nas frutas ou determinar características não visíveis a olho nu nas suas superfícies.

Os sistemas de classificação são, frequentemente, constituídos por cintas transportadoras, assim como por outros mecanismos de classificação por gravidade e, tipicamente, são utilizados com produtos secos como arroz ou legumes. As empresas especializadas em frutas e/ou verduras, geralmente posicionam os produtos em linha utilizando recipientes especiais que passam sob as câmaras de visão.

Normalmente, estes sistemas incluem múltiplas câmaras para capturar as imagens de toda a superfície do produto.

Quando os produtos são mais ou menos arredondados são utilizados mecanismos que o façam girar sob o sistema automático de inspeção visual. A classificação pela forma é estabelecida a partir dos diâmetros máximo e mínimo, perímetro, área, assim como a partir da relação entre os diferentes parâmetros medidos. As decisões de cor se baseiam-se na superfície total scaneada. Para determinar as propriedades da cor são utilizados parâmetros como: relação simples de percentagem, histograma do valor de intensidade, definição de áreas máximas ou mínimas, etc.

As tecnologias de visão artificial têm sido beneficiadas pelos avanços nos microprocessadores e DSP, a alta resolução das câmaras tanto lineares como matriciais, o desenvolvimento de sistemas de iluminação especializados, bem como pelas investigações realizadas por especialistas em agricultura conjuntamente com investigadores de automatização e visão. O resultado são os sistemas de visão atuais capazes de resolver os requisitos demandados pela indústria alimentar.

A maioria dos sistemas são feitos praticamente sob medida, isso significa que, geralmente, incorporam iluminação cujo espectro é específico para o tipo de alimento a inspecionar de forma a que possam melhorar a seleção de este tipo de produtos. Estes sistemas são capazes de classificar os alimentos com base na sua aparência e, portanto, podem identificar defeitos relacionados com pragas, mordeduras de animais, efeitos das geadas, oxidação ou qualquer outro tipo de imperfeições ou enfermidades que possam ser identificadas através da superfície.

Alguns fabricantes proporcionam sistemas de visão baseados em raios X que são capazes de detetar defeitos internos e/ou que não poderiam ser detetados apenas com a imagem da superfície do produto.

Em algumas ocasiões, sistemas específicos de iluminação proporcionam contraste suficiente para, desta forma, classificar mediante câmaras monocromáticas. Outros sistemas aproveitam as vantagens que pode proporcionar a luz infravermelha ou ultravioleta, ou outras propriedades monocromáticas do espectro visível.

As máquinas de classificação têm vindo a ser utilizadas na indústria alimentar desde a década de 30, quando utilizavam sondas, balanças e separadores mecânicos. Nos anos 90, muitas das empresas que utilizavam estas metodologias começaram a introduzir sistemas de visão artificial nas suas máquinas. No entanto, atingiram o seu pico no momento em que os preços dos sistemas de visão com cor se tornaram realmente competitivos.

Na atualidade há inúmeros sistemas no mercado desenvolvidos para a classificação de todo o tipo de frutas: maçãs, cítricos (limões, laranjas, tangerinas…), tomates, melões, pêras, frutas tropicais (manga, mamão…), assim como para legumes, batatas, cebolas, alhos e outros tipos de hortaliças.

Do mesmo modo, existem máquinas para o mercado de alimentos em grãos ou processados, como nozes, cereais, arroz, vagens, lentilhas, sementes de girassol, batatas fritas, azeitonas…

A utilização destes sistemas ajudou a melhorar substancialmente a consistência da gradação. Um dos grandes inconvenientes da inspeção manual realizada por pessoas é a ineficiência nos trabalhos que requerem a examinação de produtos aparentemente muito similares. Depois de um período de tempo relativamente curto, a acuidade visual deteriora-se mesmo em casos de uma classificação relativamente simples. Embora não sejam perfeitos, os sistemas de classificação de alimentos assentes na visão artificial são muito mais eficazes na classificação de produtos bons ou deteriorados, separação de produtos corretos de incorretos e classificação por gradação.

Avaliando apenas com base nestes fatores já se justifica a aquisição destes equipamentos. Além disso, considera-se cada vez mais difícil encontrar mão de obra especializada, que queira realizar este tipo de trabalho de inspeção tão rotineira, concluindo-se que os sistemas de inspeção por visão artificial são imprescindíveis neste setor industrial.

Atualmente, um grande número de empresas oferece sistemas de corte de porções por jatos de água, que incorporam sistemas de visão 3D para caracterizar o volume do produto que deve ser avaliado. Isto inclui sistemas de porções para pesca, frango, peru, porco, terneiro e todo o tipo de carne.

Outras aplicações interessantes na indústria alimentar são as relacionadas com a inspeção de ovos, classificação de carnes de aves (diferenciação e classificação de músculos, peitos…), inspeção de sistemas de defumados e controle de alimentos enlatados.

Outros setores alimentares em que a visão artificial está cada vez mais presente são a padaria, a confeitaria e a pastelaria. Existem sistemas de monitorização em 3D de pães, massas, cracker, bolachas e biscoitos. Como esta indústria já utiliza sistemas de embalagens automático, a visão artificial torna-se cada vez mais necessária para evitar constrangimentos de produção ocasionados por produtos com tamanhos errados. As linhas de produção são cada vez mais rápidas e, portanto, as pessoas que classificam estes tipos de produtos são menos capazes de controlá-los visualmente.

A determinação do volume através da análise 3D torna-se cada vez mais importante na hora de embalar os produtos corretamente, dentro de sacos ou embalagens de dimensões determinadas.

A INFAIMON é especialista em sistemas de visão artificial há quase 25 anos e oferece soluções baseadas nos sistemas de visão artificial que permitem analisar continuamente os produtos, obter os dados de tamanho e forma em tempo real, enviar esta informação ao sistema de controlo da produção e, no caso de não se ajustar às condições pré-determinadas, variar as condições de cozimento ou fornecimento.

Devem-se considerar diferentes requisitos para que um sistema de visão artificial na indústria alimentar tenha êxito. É fundamental que, tanto o utilizador final, como o fabricante da máquina, estejam intimamente familiarizados com todas as características da aplicação. Também é importante que a instalação cative as pessoas que trabalham na cadeia de produção. Quando a instalação de um sistema de visão demonstra melhorias na forma de trabalho dos operários, então o sucesso do sistema está garantido. A melhor forma de garantir esse sucesso é treinar corretamente aos operários que utilizarão o sistema.

À medida que a indústria alimentar se automatiza, a visão artificial vai substituindo a humana. Ao mesmo tempo, a visão artificial torna-se mais potente, mais capaz e acessível, e isso favorece a possibilidade de resolver aplicações cada vez mais sofisticadas.

Nota: Este artigo foi publicado na edição n.º 15 da Revista TecnoAlimentar.

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