제품 포장의 제조일자 머신 비전 검사: 컬러 표면 적용 및 조명 솔루션

1. 소개

현대 제조 및 물류 분야에서 제품 포장에 표기된 제조일자의 정확한 식별은 제품 안전 보장, 규제 기준 준수, 재고 수명 주기 관리에 있어 매우 중요합니다. 과거 주된 방법이었던 수동 검사는 인간의 오류, 낮은 효율성, 높은 노동 비용 등의 문제가 있었으며, 이러한 한계를 기계 시야 시스템(Machine Vision System)이 효과적으로 해결해 왔습니다. 제조일자 검사를 위한 기계 시야 검사(MVI)는 고해상도 카메라, 영상 처리 알고리즘, 전용 조명을 활용하여 포장 표면에 인쇄된, 레이저 각인된 또는 잉크젯 방식으로 표기된 일자 코드를 자동으로 감지, 판독, 검증합니다. 이 과정에서 직면하는 주요한 도전 과제는 포장 표면이 색상이 있는 경우입니다. 이는 색소가 빛을 반사하거나 흡수 혹은 산란시켜 일자 코드 가독성을 왜곡시키고 검사 정확도를 저하시킬 수 있기 때문입니다. 본 문서는 MVI가 일자 감지에 적용되는 핵심 제품 범주를 소개하고, 색상 포장재로 인한 간섭을 완화하기 위한 맞춤형 광원 솔루션을 상세히 설명합니다.

2. 기계 시각 날짜 검사의 핵심 제품 범주

생산 일자의 검출을 위한 기계 시각 시스템은 제품 추적성 및 유통 기한 관리가 필수적인 다양한 산업 분야에서 널리 채택되고 있습니다. 다음은 가장 대표적인 적용 분야입니다.

2.1 식음료 산업

유연한 포장 : 감자칩, 과자 봉지, 사탕 포장지, 냉동식품 파우치 등. 이들 제품은 일반적으로 빨강, 파랑 또는 금속색 등 색상이 있는 플라스틱 필름으로 제작되어 반사광 또는 빛 흡수 현상이 발생할 수 있습니다.

단단한 용기 : 플라스틱 병(예: 탄산음료, 주스), 유리병(예: 잼, 소스), 알루미늄 캔(예: 맥주, 에너지 음료) 등. 녹색과 같은 색상이 있는 플라스틱 또는 불투명 금속은 저대비 잉크로 인쇄된 일자 코드를 가릴 수 있습니다.

종이 기반 포장재 : 시리얼 박스, 빵 봉지, 포장용 컨테이너 등. 갈색 크라프트지 또는 화려한 그래픽이 인쇄된 판지 등은 배경 잡음으로 인해 잉크젯 또는 찍힌 일자 구분이 어려울 수 있습니다.

2.2 제약 및 헬스케어 산업

제약품은 유통기한 검사 오류에 대해 완전한 제로 허용 기준이 적용됩니다. 유통기한이 지난 약품은 심각한 건강 위험을 초래할 수 있기 때문입니다. MVI는 다음 분야에 사용됩니다.

블리스터 팩 : 알약이나 캡슐용 색이 있는 알루미늄 또는 플라스틱 블리스터 팩. 유통기한 코드는 레이저 각인 또는 작은 글씨로 인쇄된 경우 포장재의 색소나 질감에 의해 가려질 수 있습니다.

바이알 및 앰플 라벨 : 흰색, 파란색, 녹색 등 다양한 색상의 종이 또는 플라스틱 라벨이 붙은 투명 또는 호박색 유리 바이알. 잉크 번짐 또는 라벨의 곡률, 그리고 색상 배경으로 인해 코드 인식이 방해받을 수 있습니다.

의료 기기 포장 : 주사기, 붕대, 수술 도구용 살균 포장. 가시성 또는 브랜딩을 위해 사용되는 색상 티이벡(Tyvek) 또는 플라스틱 필름은 빛을 흡수하여 인쇄된 유통기한이 희미해질 수 있습니다.

2.3 화장품 및 개인 관리 산업

화장품(예: 크림, 샴푸, 향수)은 유통기한이 짧고 라벨링 규정이 엄격합니다. MVI는 다음 제품에 적용됩니다.

플라스틱 튜브 및 병 : 분홍색은 로션용, 녹색은 유기농 제품용과 같이 색상이 적용된 HDPE 또는 PET 병. 일련번호(대개 바닥이나 측면에 인쇄됨)는 조명 각도에 따라 포장 색상 때문에 지워지기 쉬움.

유리 용기 : 암브(보호를 위한 색이 들어간 유리)와 같은 착색 유리로 된 향수 또는 세럼 병. 어두운 유리 표면에 레이저로 새겨진 일련번호는 집중 조명 없이는 식별이 특히 어려움.

3. 컬러 포장지의 간섭을 해결하기 위한 광원 솔루션

MVI를 통한 일련번호 식별의 성공은 반사/흡수를 최소화하고 일련번호와 배경 간의 대비를 극대화할 수 있는 적절한 광원 선택에 달려 있음. 포장 색상, 포장 색상 , 코드 유형(인쇄/레이저) , 그리고 잉크/안료 특성 등의 요소를 기반으로 광원이 선택됨. 다음은 일반적인 컬러 포장 상황에서 사용 가능한 근거 기반 솔루션임:

3.1 빨간색 포장: 녹색 조명으로 흡수 문제 해결

빨간색 포장지는 빨간색을 제외한 대부분의 파장의 빛을 흡수하며, 빨간색 빛은 반사합니다. 이는 빨간색 광원이 포장지에 밝게 반사되어 유통기한 코드(특히 빨간색 또는 어두운 잉크로 인쇄된 경우)를 흐릿하게 만든다는 의미입니다. 이를 해결하기 위해:

녹색 발광 다이오드(LED) 사용 권장 : 녹색 빛(파장: 520–560 nm)은 빨간색의 보색입니다. 빨간색 포장지는 녹색 빛을 흡수하고, 어두운 색상의 유통기한 코드(예: 검은 잉크)는 최소한의 녹색 빛만 반사합니다. 이로 인해 높은 대비의 이미지가 생성됩니다. 즉, 빨간색 포장지는 어두워 보이고, 유통기한 코드는 선명하고 또렷하게 드러납니다.

응용 예제 : 검은 잉크로 잉크젯 인쇄된 유통기한이 표기된 빨간색 플라스틱 간식봉지의 경우, 눈부심을 피하기 위해 45° 각도로 설치된 녹색 LED 링 조명은 봉지의 빨간색 표면을 어둡게 하여 카메라가 검은색 유통기한 코드를 쉽게 인식할 수 있게 합니다.

3.2 파란색 포장지: 노란색 빛으로 눈부심 감소

파란색 포장은 파란색 빛을 강하게 반사하여 눈부심 현상을 일으킬 수 있으며, 이는 특히 광택이 있는 포장(예: 플라스틱 병)의 경우 날짜 코드를 알아보기 어렵게 만들 수 있습니다. 파란색 광원은 이러한 눈부심을 증폭시키며, 노란색 빛(파란색와 보색 관계)은 최적의 해결책이 됩니다:

황색 LED 사용 (파장: 580–595 nm) : 파란색 포장은 노란색 빛을 흡수하여 눈부심을 줄이고 배경을 어둡게 만듭니다. 흰색, 검은색 또는 회색 잉크로 인쇄된 날짜 코드는 포장과 다르게 노란색 빛을 반사하여 명확한 대비를 형성합니다.

편광 필터 보조 사용 : 광택이 있는 파란색 플라스틱(예: 샴푸 병)의 경우, 황색 LED에 편광 필터를 함께 사용하십시오. 이 필터는 포장 표면에서의 거울 반사(눈부심)를 제거하여 카메라가 날짜 코드에서 나오는 확산된 빛만 캡처할 수 있도록 보장합니다.

3.3 검은색 또는 어두운 색상 포장: 흰색 또는 근적외선(NIR) 조명으로 대비 향상

검정 또는 짙은 갈색 포장(예: 맥주 캔, 초콜릿 상자)은 가시광선의 대부분을 흡수하기 때문에 흰색 또는 노란색과 같은 밝은 잉크로 인쇄된 유통기한 코드를 구별하기 어렵게 만듭니다. 이를 해결할 수 있는 두 가지 효과적인 방법은 다음과 같습니다:

확산기를 장착한 백색 LED 조명 흰색 빛은 전체 파장 스펙트럼을 방출하며, 확산체를 통해 빛이 부드러워지고 핫스팟이 방지됩니다. 어두운 포장지는 흰색 빛의 일부를 흡수하지만, 밝은 색 잉크는 빛을 강하게 반사하여 날짜 코드가 어두운 배경 대비 밝게 나타나는 고대비 이미지를 형성합니다. 이는 검은색 골판지(예: 시리얼 박스)에 있는 잉크젯 또는 찍힌 코드에 효과적으로 작용합니다.

근적외선(NIR) 광원(파장: 700–1100 nm) 검은 플라스틱 또는 금속(예: 검은 알루미늄 캔)에 레이저 마킹된 코드의 경우 NIR(근적외선) 조명이 이상적입니다. 레이저 마킹은 잉크를 추가하는 것이 아니라 포장 표면의 질감을 변화시키는데, NIR 조명은 포장재와 코드가 가시광선 상태에서 동일한 색상일지라도 이러한 질감 차이를 강조합니다. NIR 조명은 가시광선 검사에 방해가 되는 미세한 표면 결함(예: 어두운 색 병의 긁힘 자국)도 투과할 수 있습니다.

3.4 투명 또는 착색된 플라스틱: 동축 조명으로 굴절 감소

투명 또는 약간 착색된 플라스틱(예: 무색 음료병, 호박색 약병)은 빛이 포장재를 통과할 때 굴절되어 빛이 휘게 되며, 이로 인해 유통기한 코드의 형태가 왜곡될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.

동축 조명(평행 광원) : 동축 조명은 카메라 렌즈의 축과 동일한 방향으로 광원을 방출하여, 빛이 투명 포장재를 직선으로 통과함으로써 굴절을 최소화합니다. 색이 칠해진 플라스틱(예: 호박색 유리 바이알)의 경우, 인크의 반사율과 일치하는 파장의 동축 조명을 함께 사용하십시오. 예를 들어, 호박색 플라스틱은 파란색 빛은 흡수하지만 노란색 빛은 통과시키므로, 노란색 동축 조명은 플라스틱을 통과하여 흰색 인크로 인쇄된 제조일자 코드를 반사시켜 가독성을 높아줍니다.

응용 예제 : 바닥에 검은색으로 인쇄된 유통기한이 표기된 투명 플라스틱 생수병의 경우, 백색 동축 조명은 병의 곡면에서 발생하는 반사를 제거하여 카메라 이미지에서 유통기한 코드가 또렷하고 왜곡 없이 보이도록 해줍니다.

4. 결론

식품, 제약, 화장품 산업 전반에서 생산 일자 검출의 정확성을 보장하기 위해 기계 시각 검사는 필수적이게 되었습니다. 여기서 규제 준수와 제품 안전성이 무엇보다 중요합니다. 그러나 색상 포장재는 빛을 흡수하거나 반사 혹은 산란시켜 코드 가독성을 저하시키기 때문에 주요한 과제로 남아 있습니다. 제조사들은 보색에 기반한 광원을 선택함으로써(예: 빨간 포장재에는 녹색, 파란 포장재에는 노란색), NIR(근적외선)을 어두운 표면에 활용하고, 투명 소재에는 동축 조명을 사용함으로써 간섭을 제거하고 신뢰성 있고 고정확도의 일자 검사를 실현할 수 있습니다. 포장 디자인이 금속 마감재나 다색 그래픽 등 점점 복잡해짐에 따라, 향후 AI 기반의 적응형 조명 시스템이 파장과 강도를 자동 조정함으로써 기계 시각 일자 검출의 효율성과 다양성을 한층 더 향상시킬 것입니다.