製品包装への製造日検査におけるマシンビジョン活用：カラード表面向けアプリケーションおよび光源ソリューション

1. はじめに

現代の製造および物流において、製品パッケージに記載された製造日付の正確な識別は、製品の安全性の確保、規格基準への準拠、在庫ライフサイクルの管理において極めて重要です。かつては主要な方法であった目視検査は、人的誤り、低効率、高労務コストといった問題がありましたが、マシンビジョンシステムによって効果的に解決されています。製造日付のマシンビジョン検査（MVI）は、高解像度カメラ、画像処理アルゴリズム、専用照明を活用して、パッケージングに記載された日付コード（例：印刷、レーザーマーク、インクジェットなど）を自動的に検出、読取、検証します。このプロセスにおける主要な課題の一つは、パッケージ表面が着色されている場合です。顔料が光を反射したり、吸収したり、散乱させたりすることで、日付コードの可視性が損なわれ、検査精度が低下する可能性があります。本記事では、MVIが日付検出に適用される主要な製品カテゴリについて解説し、着色パッケージによる干渉を抑えるための照明光源ソリューションについても詳しく紹介します。

2. 機械視覚による日付検査のコア製品カテゴリ

製品のトレーサビリティと賞味期限管理が不可欠な業界において、製造日検出用機械視覚システムは広く採用されています。以下に代表的な適用分野を示します：

2.1 食品・飲料業界

柔軟なパッケージ ：スナック袋（例えば、ポテトチップス、クッキー）、キャンディーラッピング、冷凍食品パウチ。これらは一般的に赤、青、金属色などの着色プラスチックフィルムで作られており、光の反射や吸収を引き起こす可能性があります。

剛性容器 ：プラスチックボトル（例えば、炭酸飲料、果汁）、ガラスジャー（例えば、ジャム、ソース）、アルミニウム缶（例えば、ビール、エナジードリンク）。着色プラスチック（例えば、ソーダボトル用の緑色）や不透明金属は、コントラストの低いインクで印刷された製造日表示を隠してしまうことがあります。

紙製包装 ：シリアルボックス、パン袋、テイクアウト容器。ブラウンクラフト紙やカラフルなグラフィックが印刷された段ボール（例えば、インクジェットやスタンプによる日付表示）は背景ノイズを生じ、日付の判別を困難にすることがあります。

2.2 医薬品・医療業界

医薬品は、期限切れの薬品が重大な健康被害を引き起こす可能性があるため、日付検査の誤りを一切許容しません。MVIは以下の用途で使用されます：

ブリスター・パック 錠剤やカプセル用の色付きアルミニウムまたはプラスチック製ブリスター包装。日付コード（レーザー彫刻または小さなフォントで印刷されたものが多い）が包装の色素や質感によって隠れてしまう可能性があります。

バイアルおよびアンプルのラベル 白色、青色、緑色などの紙またはプラスチック製ラベルが貼られた透明またはアンバー色のガラス製バイアル。インクの滲みやラベルの曲面性に加え、カラフルな背景によりコードの読み取りが妨げられることがあります。

医療機器の包装 注射器、包帯、または手術器具用の滅菌包装。可視性やブランドイメージのために使用されるカラータイプのタイベックまたはプラスチックフィルムが光を吸収し、印刷された有効期限が薄く見えてしまうことがあります。

2.3 化粧品・個人ケア業界

クリーム、シャンプー、香水などの化粧品は賞味期限が短く、ラベル表示に関する規制が厳格です。MVIは以下の用途で使用されます：

プラスチック製チューブおよびボトル : 色付きHDPEまたはPETボトル（例：ローション用のピンク、オーガニック製品用のグリーン）。日付コード（底面または側面に印刷されることが多い）は、照明がずれるとボトルの色によって消えてしまうことがあります。

ガラス製容器 : アンバー色などの着色ガラス製の香水や美容液ボトル（成分保護のため）。ダークガラス表面にレーザーマークされた日付は、狙い撃ちの照明がなければ検出が特に困難です。

3. 色付き包装による干渉を解決するための光源ソリューション

MVIによる日付検出の成功は、適切な光源の選定にかかっています。つまり、色付き包装による反射／吸収を最小限に抑え、日付コードと背景とのコントラストを最大限に引き出す光源です。光源の選定は、次の要素に基づいて行われます。 包装の色 , コードタイプ（印刷／レーザー） および インク／顔料の特性 。以下に、一般的な色付き包装のシナリオにおける根拠に基づいたソリューションを示します：

3.1 赤色包装：緑色光源で吸収を克服

赤い包装材は、赤色を除く光のほとんどの波長を吸収し、赤色を反射します。このため、赤色の光源を使用すると、包装材が明るく見え、日付コードが霞んでしまう可能性があります（特に赤または濃いインクで印刷されている場合）。これを解決するには：

緑色発光ダイオード（LED）を使用してください 緑色の光（波長：520～560nm）は赤色の補色です。赤い包装材は緑色の光を吸収し、濃い色の日付コード（例えば黒インク）は緑色の光をほとんど反射しません。これにより、高いコントラストの画像が得られます。赤い包装材は暗く（吸収されたため）見え、日付コードは明確でシャープな印として際立ちます。

応用例 赤いプラスチック製スナック袋に黒インクジェット印刷された日付がある場合、グリーンLEDリングライトを45°の角度で設置して光沢を防ぐことで、袋の赤い表面を暗くし、黒い日付コードをカメラで簡単に検出できるようにします。

3.2 青色の包装材：黄色い光で光沢を抑える

青色の包装材は青色光を強く反射し、特に光沢がある場合（例：プラスチックボトルなど）には、日付コードが見えにくくなるほどのグレアを生じることがあります。青色の光源はこのグレアを増幅させますが、黄色の光（青色の補色）は最適な解決策を提供します：

黄色のLED（波長：580～595nm）を使用 ：青色の包装材は黄色の光を吸収するため、グレアが軽減され背景が暗くなります。白色、黒色、またはグレーインクで印刷された日付コードは包装材と異なる具合に黄色の光を反射し、明確なコントラストが生まれます。

偏光フィルターを併用 ：光沢のある青色プラスチック（例：シャンプーボトル）の場合、黄色のLEDに偏光フィルターを組み合わせます。このフィルターにより包装材表面からの鏡面反射（グレア）が除去され、カメラには日付コードからの拡散光のみが捉えられるようになります。

3.3 黒色または濃色の包装材：白色または近赤外（NIR）光でコントラストを強調

黒または濃い茶色の包装材（例：ビール缶、チョコレートの箱）は可視光線の大部分を吸収するため、白色や黄色などの明色インクで印刷された賞味期限などの文字が識別しにくくなります。これに対しては、以下の2つの効果的な解決策があります：

拡散板付き白色LED照明 ：白色光はすべての波長を含むスペクトルを発し、拡散板により光を柔らかくしてホットスポットを防ぎます。暗色の包装材は白色光の一部を吸収しますが、明色インクは光を強く反射するため、高コントラストの画像が得られます。これにより、黒い段ボール（例：シリアルの箱）にインクジェットまたはスタンプで印字された賞味期限などが背景に対して明るく浮かび上がります。この方法はブラックカードボードへのインクジェットまたはスタンプ印字（例：シリアルボックス）に適しています。

近赤外線（NIR）光源（波長：700～1100nm） 暗いプラスチックまたは金属（例えば、黒いアルミニウム缶）にレーザーで印字されたコードには、近赤外（NIR）光源が最適です。レーザーマーキングはインクを追加するのではなく包装表面の質感を変化させるため、NIR光源はその質感の違いを強調します。可視光下では包装とコードの色が同じ場合でも、NIR光源はその違いを検出可能です。また、NIR光源は可視光での検査が困難になるような表面の微細な傷（例えば、濃色ボトルの傷）なども透過することができます。

3.4 透明または着色されたプラスチック：同軸光源で屈折を低減

透明または薄く着色されたプラスチック（例えば、透明な飲料ボトル、琥珀色の薬ビン）では、光が屈折し、光線が包装を通過する際に曲がることで賞味期限コードの形状が歪んでしまうことがあります。この問題に対応するためには、

同軸光源（平行光源） ：同軸照明はカメラのレンズと同じ軸に沿って光を照射するため、光が透過性の包装材をまっすぐ通過することができ、屈折を最小限に抑えることができます。着色プラスチック（例えば、アンバー色のガラス製バイアル）の場合、インクの反射率と一致する波長の同軸照明を組み合わせて使用してください。たとえば、アンバー色のプラスチックは青色の光を吸収しますが、黄色の光は透過するため、黄色の同軸光源を使用すれば、プラスチックを光が透過し、白色インクの賞味期限表示から反射して、明瞭に見えるようになります。

応用例 ：底部に黒い印刷日付がある透明プラスチック製の水のボトルの場合、白色の同軸照明を使用すれば、ボトルの曲面による屈折が排除されるため、カメラ画像で日付コードが鮮明かつ歪みなく映ります。

4. 結論

食品、医薬品、化粧品業界において、規制遵守と製品の安全性が最重要課題となる中、機械視覚検査は生産日検出を正確に確保するために不可欠なものとなっています。しかし、カラフルな包装材は光を吸収、反射、または散乱するため、コードの可視性を損なう主要な課題となっています。補色に基づいて光源を選定すること（例えば、赤い包装材には緑色、青い包装材には黄色）、ダークサーフェスにはNIR（近赤外線）を活用すること、透明な素材には同軸光源を使用することにより、干渉を排除し、信頼性が高く高精度な日付検出を実現できます。包装デザインが（例えば、メタリック仕上げや多色印刷など）一層複雑になるにつれ、今後はAIを搭載し波長や明るさを自動調整する適応型照明システムの進化により、機械視覚による日付検出の効率性と汎用性がさらに高まることでしょう。