Průmyslové vize pro kontrolu trvanlivosti na obalech produktů: Aplikace a řešení osvětlení pro barevné povrchy

1. Úvod

V moderní výrobě a logistice je přesné určování datumů výroby na obalech produktů klíčové pro zajištění bezpečnosti produktů, dodržování předpisů a řízení životního cyklu zásob. Ruční inspekce, která byla dříve hlavní metodou, je náchylná k lidským chybám, nízké efektivitě a vysokým nákladům na práci – omezení, která účinně řeší systémy průmyslového vidění. Systémy průmyslového vidění (MVI) pro data výroby využívají kamer s vysokým rozlišením, algoritmů pro zpracování obrazu a speciálního osvětlení k automatické detekci, čtení a ověření datových kódů (např. tištěných, laserem vytesaných nebo inkoustových) na obalech. Hlavní výzvou v tomto procesu je situace, kdy povrch obalů má barvu, protože pigmenty mohou odrážet, pohlcovat nebo rozptylovat světlo, čímž deformují viditelnost datového kódu a snižují přesnost inspekce. Tento článek se zabývá základními kategoriemi produktů, kde se systémy průmyslového vidění pro detekci dat používají, a popisuje řešení osvětlení přizpůsobená konkrétním potřebám, která potlačují rušivé vlivy barevných obalů.

2. Základní kategorie produktů pro kontrolu datumu pomocí strojového vidění

Systémy strojového vidění pro detekci datumu výroby jsou široce využívány v průmyslech, kde je stopovatelnost produktů a řízení trvanlivosti nezbytné. Níže jsou uvedeny nejvýznamnější oblasti použití:

2.1 Potravinářský a nápojový průmysl

Flexibilní obaly : Sáčky se sladkostmi (např. hranolky, sušenky), obaly bonbonů a pytel na mražené potraviny. Tyto obaly jsou obvykle vyrobeny z barevných plastových fólií (např. červená, modrá nebo kovová), které mohou způsobovat odlesky nebo pohlcování světla.

Tuhé obaly : Plastové lahve (např. limonády, džusy), skleněné skleničky (např. džemy, omáčky), hliníkové plechovky (např. pivo, energetické nápoje). Barevné plasty (např. zelené pro lahve od limonády) nebo neprůhledné kovy často zakrývají datumové kódy tištěné nízkokontrastními inkami.

Obaly z papíru : Krabice od cereálií, sáčky na chleba a krabice na jídlo na vybrané. Hnědý kraft papír nebo potiskovaný karton (s výraznou grafikou) může způsobovat pozadí, které znepřehledňuje rozlišení inkjetového nebo razítkovaného data.

2.2 Farmaceutický a zdravotnický průmysl

Farmacie vyžadují nulovou toleranci chyb při kontrole dat, protože expirované léky představují závažné zdravotní riziko. MVI se používá pro:

Blisterové balení : Barevné hliníkové nebo plastové blistry pro tablety nebo tobolky. Datové kódy (často laserem vytesané nebo tištěné malým písmem) mohou být skryty pigmentem nebo texturou obalu.

Štítky na vialky a ampulky : Průhledné nebo jantarové skleněné vialky s papírovými nebo plastovými štítky (v barvách jako bílá, modrá nebo zelená). Rozmazaná inkoustová tisková barva nebo zakřivení štítku, kombinované s barevným pozadím, může znemožnit čtení kódu.

Balení lékařských přístrojů : Sterilní obaly pro injekční stříkačky, obvazy nebo chirurgické nástroje. Barevné fólie Tyvek nebo plastové fólie (používané pro viditelnost nebo branding) mohou pohlcovat světlo, což způsobuje, že tištěné expirační datumy jsou matné.

2.3 Kosmetický a toaletní průmysl

Kosmetika (např. krémy, šampony a parfémy) má krátkou trvanlivost a přísné požadavky na označování. MVI se aplikuje na:

Plastové tuby a lahve : Barevné PET nebo HDPE lahve (např. růžové pro mléčka, zelené pro organické produkty). Datumové kódy (často tištěné na dně nebo na boku) mohou být kvůli barevnému obalu obtížně čitelné, pokud je osvětlení nesprávné.

Skleněné obaly : Lahve s parfémy nebo séry s barevným sklem (např. jantarové pro ochranu obsahu). Datum vytesané laserem na tmavém skle je velmi obtížně detekovatelné bez cíleného osvětlení.

3. Řešení zdrojů světla pro potíže způsobené barevným obalem

Úspěch MVI při detekci dat je závislý na výběru správného zdroje světla – takového, který minimalizuje odraz/pohlcení barevného obalu a maximalizuje kontrast mezi datem a pozadím. Zdroje světla se vybírají na základě barevnosti obalu , typu kódu (tištěný/laserový) , a vlastností inkoustu/barviva . Níže jsou uvedena řešení ověřená v praxi pro běžné scénáře s barevným obalem:

3.1 Červený obal: Překonání pohlcení zeleným světlem

Červený obal pohlcuje většinu vlnových délek světla kromě červené, kterou odráží. To znamená, že červené světelné zdroje způsobí, že obal bude vypadat jasně, čímž vyblednou datumové kódy (zejména pokud jsou tištěné červenou nebo tmavou inkoustovou barvou). Řešení:

Zvolte zelené světelné diody (LED) : Zelené světlo (vlnová délka: 520–560 nm) je doplňkovou barvou červené – červený obal pohlcuje zelené světlo, zatímco tmavě zabarvené datumové kódy (např. černá linka) odrážejí minimální množství zeleného světla. To vytváří vysokokontrastní obraz: červený obal se jeví tmavý (díky pohlcení světla) a datumový kód vyniká jako jasný, ostrý znak.

Příklad aplikace : U červených plastových sáčků s daty tištěnými černou inkoustovou tiskovou technologií zajistí zelené LED kruhové osvětlení (umístěné pod úhlem 45°, aby se zabránilo odleskům), že povrch sáčku zesmutní, čímž se černé datumové kódy stanou snadno rozpoznatelnými pro kameru.

3.2 Modrý obal: Zamezte odleskům pomocí žlutého světla

Modré balení silně odráží modré světlo, což způsobuje oslnění, které může zakrýt datumové kódy – zejména pokud je balení lesklé (např. plastové lahve). Modré světelné zdroje toto oslnění zesílí, zatímco žluté světlo (doplňkové k modrému) nabízí optimální řešení:

Použijte žluté LED diody (vlnová délka: 580–595 nm) : Modré balení pohlcuje žluté světlo, čímž se snižuje oslnění a ztmavne pozadí. Datumové kódy tištěné inkoustem bílé, černé nebo šedé barvy odrážejí žluté světlo jinak než balení, čímž vzniká zřetelný kontrast.

Doplňte polarizátory : U lesklého modrého plastu (např. lahvičky na šampon) kombinujte žluté LED diody s polarizačním filtrem. Tento filtr odstraňuje odrazivé světlo (oslnění) z povrchu obalu a zajistí, že fotoaparát zachytí pouze rozptýlené světlo od datumového kódu.

3.3 Černé nebo tmavě barevné balení: Zvyšte kontrast pomocí bílého nebo blízkého infračerveného (NIR) světla

Černé nebo tmavohnědé balení (např. plechovky piva, krabice čokolád) pohlcuje většinu viditelného světla, čímž se tisknuté datumové kódy (často v světlých barvách jako bílá nebo žlutá) stávají obtížně čitelnými. Existují dvě účinná řešení:

Bílé LED diody s difuzory : Bílé světlo vyzařuje plné spektrum vlnových délek a difuzor zmírňuje světlo, aby se předešlo vzniku světlých bodů. Tmavé balení pohlcuje část bílého světla, ale světlé inkousty ho silně odrážejí – vzniká kontrastní obraz, při kterém se datumový kód jeví jako světlý na tmavém pozadí. Toto řešení dobře funguje pro inkoustové nebo razítkové kódy na černém kartonu (např. krabice od cereálií).

Blízké infračervené (NIR) světlo (vlnová délka: 700–1100 nm) pro kódy vytesané laserem na tmavém plastu nebo kovu (např. černé hliníkové plechovky) je ideální použít NIR světlo. Laserové značení mění strukturu povrchu obalového materiálu (místo nanášení inkoustu) a NIR světlo zvýrazňuje tyto rozdíly ve struktuře – i když jsou obal a kód stejné barvy ve viditelném světle. NIR světlo také proniká drobnými povrchovými vady (např. škrábance na tmavých lahvích), které by znemožnily kvalitní kontrolu ve viditelném světle.

3.4 Průhledný nebo barevně potištěný plast: Snížení lomu světla pomocí koaxiálních světel

Průhledný nebo lehce barevně potištěný plast (např. průhledné lahve na nápoje, amberové lahve na pilulky) způsobuje lom světla – zakřivení světelných paprsků při průchodu obalem, což deformuje tvar expiračního kódu. Pro řešení tohoto problému:

Koaxiální světla (paralelní zdroje světla) : Koaxiální osvětlení vyzařuje světlo podél stejné osy jako objektiv kamery, čímž minimalizuje refrakci tím, že světlo prochází přímo skrze průhledný obal. U barevného plastu (např. hnědé skleněné lahvičky) kombinujte koaxiální osvětlení s vlnovou délkou, která odpovídá odrazivosti inkoustu. Například hnědý plast pohlcuje modré světlo, ale propouští žluté světlo – proto žluté koaxiální světlo projde plastem a odrazí se od bílého inkoustového datumového kódu, čímž jej udělá viditelným.

Příklad aplikace : U průhledných plastových lahví s černě tištěným datem na dně eliminuje bílé koaxiální osvětlení refrakci způsobenou zakřiveným povrchem lahve, čímž zajistí, že datumový kód bude na obraze kamery ostrý a bez zkreslení.

4. Závěr

Průmyslové vize kontroly se staly nezbytnými pro zajištění přesného rozpoznávání datumů výroby v potravinářském, farmaceutickém a kosmetickém průmyslu, kde je klíčová dodržování předpisů a bezpečnost produktů. Barevné obaly však zůstávají hlavní výzvou, protože dokáží světlo pohlcovat, odrážet nebo rozptylovat – čímž narušují viditelnost kódů. Výběrem zdrojů světla na základě doplňkových barev (např. zelené pro červené obaly, žluté pro modré obaly), využitím blízkého infračerveného spektra (NIR) pro tmavé povrchy a použitím koaxiálních zdrojů světla pro průhledné materiály mohou výrobci odstranit rušivé vlivy a dosáhnout spolehlivé a vysoce přesné kontroly dat. S nárůstem složitosti návrhů obalů (např. kovové povrchy, vícebarevné grafiky) budou i budoucí pokroky v oblasti adaptivních osvětlovacích systémů – vybavených umělou inteligencí pro automatickou úpravu vlnové délky a intenzity – dále zvyšovat efektivitu a všestrannost detekce dat pomocí průmyslových vizí.