أحدثت آلات الفرز الضوئية، التي تُعدّ حجر الأساس في الأتمتة الصناعية الحديثة، ثورةً في مراقبة الجودة في مجالات الزراعة، وتجهيز الأغذية، وإعادة التدوير، وغيرها. يمتدّ تطورها لقرابة قرن، مدفوعًا بالابتكار التكنولوجي والطلب المتزايد على الكفاءة والدقة. لنستكشف هذا التاريخ الرائع.

البدايات المبكرة: ولادة فرز الألوان (ثلاثينيات-ستينيات القرن العشرين)

نشأ مفهوم الفرز البصري الآلي في ثلاثينيات القرن العشرين، متجذرًا في الزراعة. في عام ١٩٣٢، شركة فرز الكهرباء (الذي كان لاحقًا جزءًا من إرث ساتاكي) قام بتسويق أول جهاز فرز ألوان في العالم لمزارعي الفاصوليا في ميشيغان، مما أتاح إزالة الفاصوليا المتغيرة اللون باستخدام مرشحات بصرية بسيطة. بحلول عام ١٩٣٧، طورت المملكة المتحدة أول جهاز لها، وتبنت اليابان هذه التقنية عام ١٩٦٦، حيث أصبحت محورية في مراقبة جودة الأرز.

اعتمدت هذه الأنظمة المبكرة على الثنائيات الضوئية والمصابيح الفلورية، مما يوفر دقة واستقرارًا محدودين. ومع ذلك، فقد مهدوا الطريق لاستبدال الفرز اليدوي، لا سيما في القطاعات كثيفة العمالة مثل معالجة حبوب البن، حيث كانت عيوب اللون حاسمة لجودة المنتج.

القفزات التكنولوجية: من التناظرية إلى الرقمية (سبعينيات القرن العشرين - العقد الأول من القرن الحادي والعشرين)

لقد كانت فترة السبعينيات والثمانينيات بمثابة نقطة تحول. ساتاكي، وهو زعيم ياباني، قدم أجهزة الاستشعار ثنائية اللون وكاميرات CCD، مما يُحسّن الكشف عن العيوب في الأرز والحبوب. وفي الوقت نفسه، تُحرز التطورات في إضاءة LED و معالجات FPGA/DSP في تسعينيات القرن العشرين، تم تحسين استقرار الآلة وتمكين التصوير بدرجات الرمادي، مما أدى إلى تشكيل "الجيل الثاني" من المصنفات.

بحلول عام 2000، كاميرات CCD RGB و تقنية CMOS سمح عصر التصوير الطيفي لآلات الجيل الثالث بتحليل اللون والشكل والحجم في آنٍ واحد. وشهد هذا العصر توسعًا في التطبيقات يتجاوز الزراعة ليشمل إعادة التدوير (مثل فصل المعادن عن البلاستيك) ومعالجة الأغذية (مثل المكسرات والتوابل). كما بدأ التصوير الطيفي فائق الدقة بالظهور، مما أتاح تحليل التركيب الكيميائي.

صعود الصين في مجال الفرز البصري (منذ التسعينيات وحتى الوقت الحاضر)

في البداية، اعتمدت الصين على الواردات من اليابان وأوروبا، ثم بدأت بتطوير أجهزة فرز الألوان المحلية في تسعينيات القرن العشرين. وقد حققت إنجازات مثل MMS-24A (١٩٩٤) وأجهزة الفرز الرقمية ثنائية الجوانب (٢٠٠٠) كسرت الاحتكارات الأجنبية. وبحلول عام ٢٠٢١، هيمن المصنعون الصينيون على ٧٠٪ من السوق المحلية، مستفيدين من عدسات CCD عالية الدقة لتحقيق دقة تصل إلى 0.08 مم². شركات مثل هيفاي مييا للإلكترونيات البصرية رائدة في تطوير نماذج تعتمد على الذكاء الاصطناعي، ودمج التعلم العميق للتعرف على الملمس وتصنيف العيوب

الابتكارات الحديثة: الذكاء الاصطناعي وما بعده (منذ العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وحتى الوقت الحاضر)

الجيل الرابع من الفرز يجمع بين الذكاء الاصطناعي ومعالجة وحدة معالجة الرسومات والتصوير الطيفي الفائقتكتشف الآلات الآن اختلافات دقيقة في الملمس - مثل قشور الفول السوداني المتشققة أو جنس السلطعون - باستخدام نماذج التعلم العميق على سبيل المثال، نموذج ساتاكي تقنية الأشعة تحت الحمراء متعددة الأطوال الموجية و بوهلر سورتكس تستخدم الأنظمة أجهزة استشعار RGB والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء لتلبية الاحتياجات المتنوعة، من تصنيف حبوب البن إلى إعادة تدوير البلاستيك

كاميرات فائقة الطيف، تقسم الضوء إلى مئات النطاقات، وتنشئ "بصمات طيفية" فريدة للمواد، مما يتيح الفرز بناءً على الخصائص الكيميائية - وهو ما يمثل نقلة نوعية في مجال سلامة الغذاء وإعادة التدوير.

الاتجاهات المستقبلية: أذكى، وأسرع، وأكثر خضرة

وتشمل الحدود التالية التكامل متعدد الأطياف و"المصانع الذكية" المدعومة بإنترنت الأشياء، حيث تُحسّن البيانات الآنية معايير الفرز. الاستدامة أساسية أيضًا: فالفرز البصري يُقلل من هدر إعادة التدوير ويُحسّن إنتاجية المحاصيل، بما يتماشى مع الأهداف العالمية للحد من انبعاثات الكربون.

خاتمة

من مرشحات الألوان البدائية إلى أنظمة التحليل الطيفي الفائق المدعومة بالذكاء الاصطناعي، أحدث الفرز البصري تحولاً جذرياً في الصناعات من خلال ضمان الجودة والسلامة والكفاءة. ومع تطور التكنولوجيا، ستواصل هذه الآلات إعادة تعريف الأتمتة، مثبتةً أن حتى أصغر عيب - أو حتى أصغر بكسل - يمكن أن يُحدث تغييراً هائلاً.

لمزيد من القراءة، استكشف المصادر من ساتاكي, مجموعة بوهلر، والرؤى الأكاديمية حول التطورات في مجال الطيف الفائق