Wizyjna kontrola jakości dat produkcji na opakowaniach produktów: Zastosowania i rozwiązania oświetleniowe dla powierzchni kolorowych

1. Wprowadzenie

W nowoczesnym przemyśle i logistyce dokładne identyfikowanie dat produkcji na opakowaniach produktów ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa produktów, przestrzegania norm regulacyjnych oraz zarządzania cyklami życia zapasów. Inspekcja manualna, która była pierwotną metodą, jest narażona na błędy ludzkie, małą skuteczność i wysokie koszty pracy – ograniczenia, które systemy wizyjne skutecznie rozwiązują. Inspekcja wizyjna (MVI) do dat produkcji wykorzystuje kamery o wysokiej rozdzielczości, algorytmy przetwarzania obrazu oraz specjalistyczne oświetlenie do automatycznego wykrywania, odczytywania i weryfikowania kodów dat (np. drukowanych, laserowo oznaczonych lub atramentem jet). Kluczowy problem w tym procesie pojawia się, gdy powierzchnie opakowań są kolorowe, ponieważ pigmenty mogą odbijać, pochłaniaćć lub rozpraszać światło, co zaburza widoczność kodów dat i wpływa na dokładność inspekcji. W artykule tym omówiono główne kategorie produktów, w których MVI stosuje się do wykrywania dat, a także przedstawiono dopasowane rozwiązania oświetleniowe minimalizujące zakłócenia wynikające z kolorowych opakowań.

2. Podstawowe kategorie produktów do inspekcji daty wizją maszynową

Systemy wizyjne do wykrywania dat produkcji są szeroko stosowane w branżach, w których śledzenie produktów i zarządzanie trwałością są nieodzowne. Poniżej przedstawiono najważniejsze obszary zastosowania:

2.1 Przemysł spożywczy i napojowy

Elastyczne opakowania : Torby ze słodyczami (np. patelniki, ciastka), opakowania na cukierki, worki na żywność mrożoną. Zwykle są wykonane z kolorowych folii plastikowych (np. czerwone, niebieskie lub metaliczne), które mogą powodować refleksy lub pochłanianie światła.

Sztywne pojemniki : Butelki plastikowe (np. na napoje gazowane, soki), słoiki szklane (np. na dżemy, sosy), puszki aluminiowe (np. na piwo, napoje energetyczne). Kolorowy plastik (np. zielony w przypadku butelek na napoje gazowane) lub nieprzezroczyste metale często uniemożliwia odczyt dat wydrukowanych atramentem o niskim kontraście.

Opakowania z materiałów papierowych : Pudełka na płatki śniadaniowe, torby na chleb, pojemniki na jedzenie na wynos. Brązowa papeta lub tektura drukowana (z żywo kolorowymi grafikami) może powodować zakłócenia tła, co utrudnia odróżnienie dat drukowanych atramentem lub stemplowanych.

2.2 Przemysł farmaceutyczny i opiekuńczy

W przemyśle farmaceutycznym błędy inspekcji daty wycofania są niedopuszczalne, ponieważ leki po dacie ważności stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia. Wizja maszynowa (MVI) jest stosowana do:

Paczki blisterowe : Blisterowe opakowania aluminiowe lub plastikowe w kolorze, przeznaczone na tabletki lub kapsułki. Kody daty (często wyryte laserowo lub drukowane drobną czcionką) mogą być ukryte przez pigment lub fakturę opakowania.

Etykiety fiolki i ampułki : Szyjki szklane przezroczyste lub bursztynowe z etykietami papierowymi lub plastikowymi (w kolorach białym, niebieskim lub zielonym). Rozmazana atramentowa drukowana etykieta lub jej krzywizna, w połączeniu z kolorowym tłem, może utrudniać odczyt kodu.

Opakowanie urządzeń medycznych : Opakowania sterylnych strzykawek, opatrunków lub narzędzi chirurgicznych. Kolorowe folie z tworzywa lub Tyvek (stosowane dla lepszej widoczności lub identyfikacji marki) mogą pochłaniać światło, powodując przygaszenie wydrukowanej daty ważności.

2.3 Przemysł kosmetyczny i do opieki osobistej

Kosmetyki (np. kremy, szampony i perfumy) mają krótki okres trwałości i podlegają surowym wymogom etykietowania. Wizja maszynowa (MVI) jest stosowana do:

Rurki i butelki plastikowe : Kolorowe butelki z HDPE lub PET (np. różowe na kremy, zielone na produkty organiczne). Kody daty (często drukowane na dnie lub boku) mogą zostać zmyte przez kolor opakowania, jeśli oświetlenie jest nieprawidłowo ustawione.

Pojemniki szklane : Butelki perfumowe lub na surowce z oszklonego szkła (np. bursztynowe w celu ochrony składników). Daty wyryte laserem na ciemnych powierzchniach szklanych są szczególnie trudne do wykrycia bez skierowanego oświetlenia.

3. Rozwiązania źródeł światła dla zakłóceń spowodowanych kolorowym opakowaniem

Sukces systemu wizyjnego maszynowego (MVI) w wykrywaniu daty zależy od wyboru odpowiedniego źródła światła – takiego, które minimalizuje odbicie/pochłanianie przez kolorowe opakowanie i maksymalizuje kontrast między datą a tłem. Źródła światła dobiera się na podstawie koloru opakowania, koloru opakowania , typu kodu (drukowany/laserowy) , oraz właściwości atramentu/barwnika . Poniżej przedstawiono rozwiązania oparte na faktach dla typowych przypadków kolorowego opakowania:

3.1 Opakowanie czerwone: Przezwyciężenie pochłaniania światła za pomocą światła zielonego

Czerwone opakowanie pochłania większość długości fal światła, z wyjątkiem światła czerwonego, które odbija. Oznacza to, że źródła światła czerwonego spowodują, że opakowanie będzie wyglądać jasno, zacierając kody datowe (szczególnie jeśli są drukowane w czerwonym lub ciemnym kolorze tuszu). Aby rozwiązać ten problem:

Wybierz diody świecące zielonym światłem (LED) : Światło zielone (długość fali: 520–560 nm) jest kolorem dopełniającym czerwony – czerwone opakowanie pochłania światło zielone, podczas gdy ciemne kody datowe (np. drukowane czarnym tuszem) odbijają minimalną ilość światła zielonego. Tworzy to wysoki kontrast: czerwone opakowanie wygląda ciemno (dzięki pochłanianiu światła), a kod datowy wyróżnia się jako wyraźny i ostry znak.

Przykład aplikacji : Dla czerwonych plastikowych torebek na przekąski z datami drukowanymi czarnym tuszem, zielone światło LED w kształcie pierścienia (umieszczone pod kątem 45°, aby uniknąć odblasków) zapewnia, że czerwona powierzchnia torebki staje się ciemniejsza, co umożliwia kamerze łatwe wykrycie czarnych kodów datowych.

3.2 Opakowania niebieskie: Zminimalizuj odblaski za pomocą światła żółtego

Niebieska opakowanie silnie odbijają światło niebieskie, powodując połysk, który może zasłaniać kody datujące – zwłaszcza jeśli opakowanie jest błyszczące (np. butelki plastikowe). Źródła światła niebieskiego wzmocnią ten połysk, podczas gdy światło żółte (komplementarne do niebieskiego) oferuje optymalne rozwiązanie:

Użyj żółtych diod LED (długość fali: 580–595 nm) : Niebieskie opakowanie pochłania światło żółte, zmniejszając połysk i ściemniając tło. Kody datujące drukowane w białych, czarnych lub szarych tuszach będą odbijać światło żółte inaczej niż opakowanie, tworząc wyraźny kontrast.

Uzupełnij o polaryzatory : Dla błyszczących niebieskich plastików (np. butelek na szampon), połącz żółte diody LED z filtrem polaryzacyjnym. Filtr ten eliminuje odbicie lustrzane (połysk) z powierzchni opakowania, zapewniając, że aparat przechwytuje wyłącznie światło rozproszone z kodu datującego.

3.3 Opakowania czarne lub ciemne: Wzmacnianie kontrastu za pomocą światła białego lub bliskiej podczerwieni (NIR)

Czarna lub ciemnobrązowa opakowania (np. puszki piwa, pudełka na czekoladę) pochłaniają większość światła widzialnego, przez co trudno jest odróżnić daty wydrukowane jasnymi kolorami (np. białym lub żółtym). Istnieją dwa skuteczne rozwiązania:

Białe lampy LED z dyfuzorami : Światło białe emituje pełne spektrum długości fal, a dyfuzor miękczy światło, eliminując jasne punkty. Ciemne opakowania pochłaniają część światła białego, jednak jasne kolory odbijają je silnie – tworząc obraz o wysokim kontraście, w którym data jest widoczna jako jasny element na ciemnym tle. Rozwiązanie to sprawdza się w przypadku kodów drukowanych lub stemplowanych na czarnym kartonie (np. pudełka płatków śniadaniowych).

Światło bliskiej podczerwieni (NIR) (długość fali: 700–1100 nm) : Dla kodów oznaczonych laserowo na ciemnym plastiku lub metalu (np. czarne puszki aluminiowe), światło bliskiej podczerwieni (NIR) jest idealne. Oznaczenie laserowe zmienia fakturę powierzchni opakowania (zamiast nanoszenia tuszu), a światło NIR podkreśla te różnice w fakturze – nawet jeśli opakowanie i kod mają ten sam kolor w świetle widzialnym. NIR przenika również drobne niedoskonałości powierzchni (np. rysy na ciemnych butelkach), które zakłócałyby inspekcję w świetle widzialnym.

3.4 Przezroczysty lub lekko wytłoczony plastik: Zmniejszenie załamania światła za pomocą źródeł światła współosiowych

Przezroczysty lub lekko wytłoczony plastik (np. przezroczyste butelki na napoje, bursztynowe butelki na tabletki) powoduje załamanie światła – czyli zmianę kierunku promieni świetlnych przechodzących przez opakowanie, co zniekształca kształt kodu datującego. W celu rozwiązania tego problemu:

Światła współosiowe (równoległe źródła światła) : Światła koaksjalne emitują światło wzdłuż tej samej osi co obiektyw kamery, minimalizując załamanie światła poprzez zapewnienie jego prostoliniowego przejścia przez przezroczyste opakowanie. Dla barwionego tworzywa sztucznego (np. fiolki z bursztynowego szkła), dobierz światła koaksjalne o długości fali odpowiadającej odbiciu światła od tuszu. Na przykład tworzywo bursztynowe pochłania światło niebieskie, ale przepuszcza światło żółte – dlatego żółte światło koaksjalne przejdzie przez tworzywo i odbije się od daty drukowanej białym tuszem, czyniąc ją widoczną.

Przykład aplikacji : W przypadku przezroczystych butelek plastikowych z czarną datą druku na dnie, białe światło koaksjalne eliminuje załamanie światła od zakrzywionej powierzchni butelki, zapewniając, że kod daty będzie ostry i niezniekształcony na obrazie kamery.

4. Wnioski

Wizja maszynowa stała się nieodzownym elementem zapewniania precyzyjnego wykrywania dat produkcji w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym, gdzie zgodność z przepisami oraz bezpieczeństwo produktu odgrywają kluczową rolę. Jednakże opakowania kolorowe pozostają wyzwaniem ze względu na ich zdolność do pochłaniania, odbijania lub rozpraszania światła – co wpływa na widoczność kodów. Poprzez dobór źródeł światła na podstawie kolorów dopełniających (np. zielone dla czerwonych opakowań, żółte dla niebieskich), wykorzystanie podczerwieni (NIR) do ciemnych powierzchni oraz zastosowanie świateł współosiowych dla materiałów przezroczystych producenci mogą wyeliminować zakłócenia i osiągnąć wiarygodne oraz wysokodokładne sprawdzanie dat. W miarę jak projekty opakowań stają się bardziej złożone (np. wykończenia metaliczne, grafiki wielokolorowe), przyszłe innowacje w zakresie adaptacyjnych systemów oświetlenia – wyposażonych w sztuczną inteligencję umożliwiającą automatyczne dopasowanie długości fali i natężenia światła – dodatkowo podniosą skuteczność i uniwersalność wykrywania dat wizją maszynową.