Инспекция машинного зрения для дат производства на упаковке продукции: применение и решения с источниками света для окрашенных поверхностей

1. Введение

В современном производстве и логистике точная идентификация дат производства на упаковке продукции имеет критически важное значение для обеспечения безопасности продукции, соблюдения нормативных стандартов и управления жизненными циклами запасов. Ручной осмотр, ранее являвшийся основным методом, подвержен человеческой ошибке, низкой эффективности и высоким затратам на рабочую силу — этим ограничениям успешно положили конец системы машинного зрения. Системы автоматического контроля с применением машинного зрения (MVI) для определения дат производства используют высококачественные камеры, алгоритмы обработки изображений и специализированное освещение для автоматического обнаружения, считывания и проверки кодов дат (например, напечатанных, лазерных или струйных) на упаковке. Основной проблемой в этом процессе является использование цветной упаковки, поскольку пигменты могут отражать, поглощать или рассеивать свет, искажая видимость кодов дат и снижая точность проверки. В данной статье рассматриваются основные категории продукции, где MVI применяется для определения дат, а также описываются специализированные решения по освещению, позволяющие минимизировать помехи, возникающие из-за цветной упаковки.

2. Основные категории продуктов для инспекции даты с помощью машинного зрения

Системы машинного зрения для обнаружения даты производства широко используются в отраслях, где прослеживаемость продукта и управление сроком годности являются обязательными. Ниже приведены наиболее значимые области применения:

2.1 Пищевая и напитковая промышленность

Гибкая упаковка : Пакеты со снеками (например, чипсы, печенье), обертки конфет, пакеты с замороженными продуктами. Обычно они изготовлены из окрашенных пластиковых пленок (например, красных, синих или металлизированных), которые могут вызывать блики или поглощение света.

Жесткие контейнеры : Пластиковые бутылки (например, газированные напитки, соки), стеклянные банки (например, джемы, соусы), алюминиевые банки (например, пиво, энергетические напитки). Окрашенные пластики (например, зеленые бутылки для газировки) или непрозрачные металлы часто затрудняют считывание дат, напечатанных с использованием чернил с низким контрастом.

Упаковка на бумажной основе : Коробки с хлопьями, пакеты для хлеба, контейнеры для еды навынос. Коричневая крафт-бумага или картон с яркими изображениями могут создавать фоновые помехи, затрудняя распознавание дат, нанесенных струйной печатью или штамповкой.

2.2 Фармацевтическая и медицинская промышленность

Фармацевтика требует нулевой терпимости к ошибкам при проверке датировки, поскольку просроченные лекарства создают серьезные риски для здоровья. Визуальный контроль используется для:

Блистерные упаковки : Цветные алюминиевые или пластиковые блистерные упаковки для таблеток или капсул. Датировочные коды (часто выполненные лазерной гравировкой или напечатанные мелким шрифтом) могут быть скрыты пигментом или текстурой упаковки.

Этикетки на ампулы и флаконы : Прозрачные или янтарные стеклянные флаконы с бумажными или пластиковыми этикетками (в цветах, таких как белый, синий или зеленый). Смазанная печать или кривизна этикетки в сочетании с цветными фонами могут нарушить считывание кода.

Упаковка медицинского оборудования : Стерильная упаковка для шприцев, бинтов или хирургических инструментов. Цветные пленки Tyvek или пластика (используемые для визуального восприятия или брендинга) могут поглощать свет, делая напечатанные даты истечения срока действия едва заметными.

2.3 Индустрия косметики и средств личной гигиены

Косметические товары (например, крема, шампуни и духи) имеют короткий срок хранения и строгие требования к маркировке. Визуальный контроль применяется к:

Пластиковым тубам и бутылкам : Цветные бутылки из HDPE или ПЭТ (например, розовые для лосьонов, зеленые для органических продуктов). Датакоды (часто печатаются на дне или на стороне) могут быть смыты цветом упаковки, если освещение не выровнено должным образом.

Стеклянные контейнеры : Бутылки с парфюмом или сыворотками из окрашенного стекла (например, янтарного цвета для защиты компонентов). Даты, нанесенные лазером на темных стеклянных поверхностях, особенно сложно обнаружить без целевого освещения.

3. Решения с источниками света для устранения помех от цветной упаковки

Успех MVI в обнаружении дат зависит от выбора правильного источника света — такого, который минимизирует отражение/поглощение цветной упаковкой и максимизирует контраст между датой и фоном. Источники света выбираются в зависимости от цвета упаковки , типа кода (печатный/лазерный) , и свойств чернил/пигмента . Ниже приведены решения, основанные на доказательствах, для типовых сценариев цветной упаковки:

3.1 Красная упаковка: преодоление поглощения с помощью зеленого света

Красная упаковка поглощает большинство длин волн света, кроме красной, которую она отражает. Это означает, что источники красного света заставят упаковку выглядеть яркой, что сделает коды даты нечеткими (особенно если они напечатаны красными или темными чернилами). Чтобы решить эту проблему:

Используйте зеленые светодиоды (LED) : Зеленый свет (длина волны: 520–560 нм) является дополнительным цветом к красному — красная упаковка поглощает зеленый свет, тогда как темные датированные коды (например, черные чернила) отражают минимальное количество зеленого света. Это создает изображение с высоким контрастом: красная упаковка выглядит темной (из-за поглощения), а код даты выделяется четкой и ясной отметкой.

Пример применения : Для красных пластиковых пакетов с датами, напечатанными черными чернилами, кольцевой зеленый светодиод (расположенный под углом 45° для избежания бликов) гарантирует, что красная поверхность пакета потемнеет, и черные коды дат будут легко обнаруживаться камерой.

3.2 Синяя упаковка: уменьшите блики с помощью желтого света

Синяя упаковка сильно отражает синий свет, вызывая блики, которые могут затенять датакоды — особенно если упаковка глянцевая (например, пластиковые бутылки). Источники синего света усилят эти блики, тогда как желтый свет (дополняющий синий) обеспечит оптимальное решение:

Используйте желтые светодиоды (длина волны: 580–595 нм) : Синяя упаковка поглощает желтый свет, уменьшая блики и затемняя фон. Датакоды, напечатанные чернилами белого, черного или серого цвета, будут отражать желтый свет иначе, чем упаковка, создавая четкий контраст.

Дополните поляризаторами : Для глянцевой синей пластмассы (например, бутылки для шампуня) комбинируйте желтые светодиоды с поляризационным фильтром. Фильтр устраняет зеркальное отражение (блики) с поверхности упаковки, обеспечивая, чтобы камера улавливала только рассеянный свет от датакода.

3.3 Черная или темноокрашенная упаковка: усиление контраста с помощью белого или ближнего инфракрасного (NIR) света

Черная или темно-коричневая упаковка (например, банки с пивом, коробки шоколада) поглощает большую часть видимого света, из-за чего даты, напечатанные светлыми чернилами (например, белыми или желтыми), трудно разглядеть. Существует два эффективных решения:

Белые светодиодные лампы со светорассеивателями : Белый свет излучает полный спектр длин волн, а светорассеиватель смягчает свет, избегая ярких пятен. Темная упаковка поглощает часть белого света, но светлые чернила хорошо его отражают — создавая изображение с высоким контрастом, где дата выделяется ярко на темном фоне. Это хорошо работает для кодов, нанесенных струйной печатью или штампом на черном картоне (например, коробки с хлопьями).

Ближний инфракрасный (БИК) свет (длина волны: 700–1100 нм) : Для кодов, нанесенных лазером на темный пластик или металл (например, черные алюминиевые банки), идеально подходит ближний инфракрасный свет (NIR). Лазерная маркировка изменяет текстуру поверхности упаковки (вместо нанесения чернил), а инфракрасный свет подчеркивает эти различия в текстуре, даже если упаковка и код имеют одинаковый цвет при дневном свете. NIR также проникает сквозь незначительные поверхностные дефекты (например, царапины на темных бутылках), которые нарушают проверку при дневном свете.

3.4 Прозрачный или тонированный пластик: уменьшение преломления с помощью коаксиальных источников света

Прозрачный или слегка тонированный пластик (например, прозрачные бутылки с напитками, янтарные флаконы для таблеток) вызывает преломление света — искривление лучей света при прохождении через упаковку, что искажает форму даты. Для решения этой проблемы:

Коаксиальные источники света (параллельные источники света) : Коаксиальные светодиоды излучают свет вдоль той же оси, что и объектив камеры, минимизируя преломление, так как свет проходит прямо через прозрачную упаковку. Для окрашенного пластика (например, флаконы из янтарного стекла) подбирайте коаксиальные светодиоды с длиной волны, соответствующей отражательной способности чернил. Например, янтарный пластик поглощает синий свет, но пропускает желтый — поэтому желтый коаксиальный свет пройдет через пластик и отразится от датированных кодов белыми чернилами, делая их видимыми.

Пример применения : Для прозрачных пластиковых бутылок с черными напечатанными датами на дне, белый коаксиальный свет устраняет преломление от изогнутой поверхности бутылки, обеспечивая четкое и неискаженное изображение даты в камере

4. Заключение

Инспекция с использованием машинного зрения стала незаменимой для обеспечения точного определения даты производства в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности, где соблюдение нормативных требований и безопасность продукции имеют первостепенное значение. Однако цветная упаковка остается ключевой проблемой, поскольку она может поглощать, отражать или рассеивать свет, что ухудшает видимость кода. Правильно подбирая источники света на основе комплементарных цветов (например, зеленый для красной упаковки, желтый для синей), применяя ближний инфракрасный диапазон (NIR) для темных поверхностей и коаксиальные источники света для прозрачных материалов, производители могут устранить помехи и достичь надежного и высокоточного определения даты. По мере усложнения дизайнов упаковки (например, металлизированные поверхности, многоцветная графика) будущие достижения в области адаптивных систем освещения, оснащенных ИИ для автоматической настройки длины волны и интенсивности, дополнительно повысят эффективность и универсальность машинного зрения при определении даты.