Visuele inspectie met machine voor productiedatums op verpakkingen: toepassingen en lichtbronoplossingen voor gekleurde oppervlakken

1. Inleiding

In moderne productie en logistiek is de nauwkeurige identificatie van productiedata op verpakkingen essentieel voor het waarborgen van productveiligheid, het voldoen aan regelgevende normen en het beheren van voorraadlevenscycli. Handmatige inspectie, ooit de belangrijkste methode, is gevoelig voor menselijke fouten, heeft een lage efficiëntie en hoge arbeidskosten — beperkingen die machinevisiesystemen effectief hebben aangepakt. Machinevisie-inspectie (MVI) voor productiedata maakt gebruik van high-resolutie camera's, beeldverwerkingsalgoritmen en speciale verlichting om automatisch datumcodes (bijvoorbeeld gedrukte, gelaserde of ink-jet codes) op verpakkingen te detecteren, lezen en verifiëren. Een belangrijke uitdaging in dit proces ontstaat wanneer verpakkingsoppervlakken gekleurd zijn, aangezien pigmenten licht kunnen reflecteren, absorberen of verstrooien, waardoor de zichtbaarheid van datumcodes vervormt en de inspectienauwkeurigheid in gevaar komt. In dit artikel worden de kernproductcategorieën geëxploreerd waarin MVI wordt toegepast voor datumdetectie, en worden specifieke verlichtingsoplossingen uitgebreid beschreven om interferentie van gekleurde verpakkingen te verminderen.

2. Belangrijkste productcategorieën voor machine vision datuminspectie

Machinevisiesystemen voor de detectie van productiedatums worden breed toegepast in industrieën waar producttraceerbaarheid en houdbaarheidsbeheer onmisbaar zijn. Hieronder zijn de belangrijkste toepassingsgebieden opgesomd:

2.1 Voedings- en genotmiddelenindustrie

Flexibele verpakking : Chipszakken (bijv. chips, koekjes), snoepverpakkingen en bevroren voedselzakken. Deze worden meestal gemaakt van gekleurd plasticfolie (bijv. rood, blauw of metalliek), wat lastig kan zijn vanwege schittering of lichtabsorptie.

Stijve containers : Plastic flessen (bijv. frisdrank, sap), glazen potten (bijv. confituur, sauzen) en aluminium blikjes (bijv. bier, energiedranken). Gekleurd plastic (bijv. groen voor frisdrankflessen) of ondoorzichtige metalen verbergen vaak datumcodes die met weinig contrastinkt zijn afgedrukt.

Verpakkingen van papier : Cornflakesdozen, broodzakken en afhaalcontainers. Bruin kraftpapier of bedrukte kartonnen dozen (met levendige afbeeldingen) kunnen achtergrondruis veroorzaken, waardoor het moeilijk is om data van inktpatronen of stempels te onderscheiden.

2.2 Farmaceutische en gezondheidszorgindustrie

Farmaceutica vereisen nultolerantie voor fouten bij de dateringsinspectie, aangezien verlopen medicijnen ernstige gezondheidsrisico's met zich meebrengen. MVI wordt gebruikt voor:

Blister packs : Gefkleurde aluminium- of plastic blisterverpakkingen voor pillen of capsules. Datumcodes (vaak met laser gegraveerd of in kleine lettertypes afgedrukt) kunnen verborgen worden door de pigmentatie of textuur van de verpakking.

Etiketten op flesjes en ampullen : Duidelijke of amberkleurige glazen flesjes met papieren of plastic etiketten (in kleuren zoals wit, blauw of groen). Inktuitlopen of de kromming van het etiket, gecombineerd met gekleurde achtergronden, kan het lezen van codes verstoren.

Verpakking van medische apparaten : Steriele verpakkingen voor spuiten, verbandgaas of chirurgische instrumenten. Gekleurd Tyvek of plastic folies (gebruikt voor zichtbaarheid of merkbeeld) kunnen licht absorberen, waardoor de verloopdatum moeilijk leesbaar wordt.

2.3 Cosmetica- en verzorgingsindustrie

Cosmetica (bijvoorbeeld crèmes, shampoos en parfums) hebben een korte houdbaarheid en strikte etiketteringsvereisten. MVI wordt toegepast op:

Plastic tubes en flessen : Gekleurde HDPE- of PET-flessen (bijvoorbeeld roze voor lotions, groen voor biologische producten). Datumcodes (vaak afgedrukt op de bodem of zijkant) kunnen door de kleur van de verpakking worden weggespoeld als de verlichting niet goed is afgesteld.

Glascontainers : Parfum- of serumflessen met getint glas (bijvoorbeeld barnsteenkleurig om ingrediënten te beschermen). Met laser aangebrachte datums op donkere glasoppervlakken zijn moeilijk te detecteren zonder gerichte verlichting.

3. Lichtbronoplossingen voor storing door gekleurde verpakkingen

Het succes van MVI voor datumdetectie hangt af van de juiste keuze van lichtbron: een bron die reflectie/absorptie door gekleurde verpakkingen minimaliseert en het contrast tussen de datumcode en de achtergrond maximaliseert. Lichtbronnen worden geselecteerd op basis van de verpakkingskleur , codetype (afgedrukt/laser) , en inkt/pigmenteigenschappen . Hieronder volgen op bewijzen gebaseerde oplossingen voor veelvoorkomende situaties met gekleurde verpakkingen:

3.1 Rode verpakking: Absorptie overwinnen met groen licht

Rode verpakking absorbeert de meeste golflengten van licht, behalve rood, dat wordt gereflecteerd. Dit betekent dat rode lichtbronnen ervoor zorgen dat de verpakking fel lijkt, waardoor houddatums wazig worden (vooral als ze in rood of donkere inkt zijn afgedrukt). Oplossing hiervoor:

Kies voor groene light-emitting diodes (LED's) : Groen licht (golflengte: 520–560 nm) is de complementaire kleur van rood – rode verpakking absorbeert groen licht, terwijl donkere houddatums (bijvoorbeeld in zwarte inkt) weinig groen licht reflecteren. Dit levert een beeld met een hoog contrast op: de rode verpakking lijkt donker (door de absorptie), en de houddatum komt duidelijk en scherp uit.

Toepassingsvoorbeeld : Voor rode plastic snackzakken met met zwarte inkt afgedrukte datums zorgt een groene LED-ringlicht (onder een hoek van 45° geplaatst om glans te voorkomen) ervoor dat het rode oppervlak van de zak donkerder wordt, waardoor de zwarte houddatums gemakkelijk door de camera kunnen worden gedetecteerd.

3.2 Blauwe verpakking: Verminder glans met geel licht

Blauwe verpakking reflecteert blauw licht sterk, wat leidt tot schittering die houddatcodes kan verhullen - vooral als de verpakking glanzend is (bijvoorbeeld plastic flessen). Blauwe lichtbronnen zullen deze schittering versterken, terwijl geel licht (complementair aan blauw) een optimale oplossing biedt:

Gebruik gele LEDs (golflengte: 580-595 nm) : Blauwe verpakking absorbeert geel licht, waardoor schittering wordt verminderd en de achtergrond donkerder wordt. Houddatums afgedrukt met witte, zwarte of grijze inkt reflecteren geel licht anders dan de verpakking, waardoor duidelijke contrast ontstaat.

Voorzie van polarisatoren : Voor glanzend blauw plastic (bijvoorbeeld shampoo-flessen), combineer gele LEDs met een polarisatiefilter. Het filter elimineert spiegelende reflectie (schittering) van het oppervlak van de verpakking, zodat de camera alleen diffuus licht van de houddatum opvangt.

3.3 Zwarte of donkergekleurde verpakking: Verhoog het contrast met wit of nabij-infrarood (NIR) licht

Zwarte of donkerbruine verpakking (bijvoorbeeld bierblikjes, chocolaadendoosjes) absorbeert het grootste deel van het zichtbare licht, waardoor gedrukte houddatums (vaak in lichte inkt zoals wit of geel) moeilijk te onderscheiden zijn. Er bestaan twee effectieve oplossingen:

Witte LED-verlichting met diffusoren : Wit licht zendt een volledig spectrum van golflengten uit, en een diffusor verzacht het licht om hotspots te voorkomen. Donkere verpakkingen absorberen een deel van het witte licht, maar lichte inkt reflecteert het licht sterk – waardoor een hoog-contrastbeeld ontstaat waarbij de houddatum helder afsteekt tegen een donkere achtergrond. Dit werkt goed voor inkjet- of gestempelde codes op zwart karton (bijvoorbeeld cornflakesdozen).

Nabij-infrarood (NIR)-licht (golflengte: 700–1100 nm) : Voor met laser gemerkte codes op donker plastic of metaal (bijvoorbeeld zwart aluminium blik), is NIR-licht ideaal. Lasermarkering verandert de oppervlaktestruktuur van de verpakking (in plaats van het toevoegen van inkt), en NIR-licht benadrukt deze verschillen in structuur — zelfs als de verpakking en de code in zichtbaar licht dezelfde kleur zijn. NIR dringt ook door lichte oppervlakteoneffenheden heen (bijvoorbeeld krassen op donkere flessen) die de inspectie met zichtbaar licht zouden verstoren.

3.4 Transparant of getint plastic: Verminder breking met coaxiale verlichting

Transparant of licht getint plastic (bijvoorbeeld duidelijke drankflessen, amberkleurige pillendosjes) veroorzaakt lichtbreking — het buigen van lichtstralen terwijl ze door de verpakking gaan, wat de vorm van de houdbaarheidsdatum vervormt. Om dit op te lossen:

Coaxiale verlichting (parallelle lichtbronnen) : Coaxiale verlichting zendt licht uit langs dezelfde as als de camera-lens, waardoor breking wordt geminimaliseerd doordat het licht rechtstreeks door de transparante verpakking reist. Gebruik bij getint plastic (bijvoorbeeld amberkleurige glazen flesjes) coaxiale verlichting met een golflengte die overeenkomt met de reflectiviteit van de inkt. Amberkleurig plastic bijvoorbeeld, absorbeert blauw licht maar laat geel licht door, dus geel coaxiaal licht zal door het plastic heen gaan en reflecteren op witte inkt datumcodes, waardoor ze zichtbaar worden.

Toepassingsvoorbeeld : Voor doorzichtige plastic waterflessen met zwarte gedrukte data op de bodem, elimineert wit coaxiaal licht de breking van het gebogen oppervlak van de fles, waardoor de datumcode scherp en onvervormd op het camerabeeld verschijnt.

4. conclusie

Visie-inspectie met machines is onmisbaar geworden voor het waarborgen van een nauwkeurige detectie van houdbaarheidsdatums in de voedings-, farmaceutische- en cosmetica-industrie, waar naleving van regelgeving en productveiligheid van groot belang zijn. Veruit de grootste uitdaging blijft echter verpakking in kleur, vanwege de manier waarop deze licht kan absorberen, reflecteren of verstrooien - waardoor de zichtbaarheid van codes wordt verlaagd. Door lichtbronnen te kiezen op basis van complementaire kleuren (bijvoorbeeld groen voor rode verpakkingen, geel voor blauwe verpakkingen), NIR te gebruiken voor donkere oppervlakken en coaxiale verlichting voor transparante materialen, kunnen fabrikanten storingen elimineren en betrouwbare, hoog-nauwkeurige datuminspectie realiseren. Naarmate verpakkingsontwerpen steeds complexer worden (bijvoorbeeld met metalen afwerking en meerkleurengrafiek), zullen toekomstige ontwikkelingen in adaptieve verlichtingssystemen - uitgerust met AI om automatisch de golflengte en intensiteit aan te passen - de efficiëntie en veelzijdigheid van visie-inspectie op het gebied van houdbaarheidsdatums verder verbeteren.