การตรวจสอบด้วยระบบ Machine Vision สำหรับวันที่ผลิตบนบรรจุภัณฑ์สินค้า: แอปพลิเคชันและทางแก้ปัญหาด้วยแหล่งกำเนิดแสงสำหรับพื้นผิวสี

1.การนําเสนอ

ในอุตสาหกรรมการผลิตและการจัดการโลจิสติกส์ยุคใหม่ การระบุวันที่ผลิตบนบรรจุภัณฑ์อย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ การปฏิบัติตามมาตรฐานทางกฎหมาย และการจัดการวงจรชีวิตของสินค้าคงคลัง การตรวจสอบด้วยวิธีการแบบ manual ซึ่งเคยเป็นวิธีหลักนั้นมีแนวโน้มเกิดข้อผิดพลาดจากมนุษย์ ประสิทธิภาพต่ำ และต้นทุนแรงงานสูง ซึ่งเป็นข้อจำกัดที่ระบบ machine vision สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ การตรวจสอบด้วยระบบ machine vision สำหรับวันที่ผลิต (MVI) ใช้กล้องความละเอียดสูง อัลกอริทึมการประมวลผลภาพ และแหล่งกำเนิดแสงพิเศษ เพื่อตรวจจับ อ่าน และตรวจสอบรหัสวันที่ (เช่น วันที่พิมพ์ วันที่เลเซอร์สลัก หรือวันที่พิมพ์ด้วยหมึก) บนบรรจุภัณฑ์โดยอัตโนมัติ ความท้าทายหลักประการหนึ่งในกระบวนการนี้คือ เมื่อพื้นผิวของบรรจุภัณฑ์มีสี เนื่องจากสีสามารถสะท้อน ดูดกลืน หรือกระเจิงแสง ทำให้รหัสวันที่มองเห็นไม่ชัดเจน และส่งผลให้การตรวจสอบมีความแม่นยำต่ำลง บทความนี้จะกล่าวถึงหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์หลักที่ MVI ถูกนำไปใช้ในการตรวจจับวันที่ พร้อมทั้งเสนอวิธีแก้ปัญหาเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดแสงที่ออกแบบมาเฉพาะ เพื่อลดการรบกวนจากบรรจุภัณฑ์ที่มีสี

2. หมวดหมู่สินค้าหลักสำหรับการตรวจสอบวันที่ด้วยระบบ Machine Vision

ระบบ Machine Vision เพื่อการตรวจจับวันที่ผลิต มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่จำเป็นต้องมีการย้อนกลับของผลิตภัณฑ์และการจัดการอายุการเก็บรักษาอย่างมีประสิทธิภาพ ต่อไปนี้คือพื้นที่การใช้งานที่สำคัญที่สุด

2.1 อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม

การบรรจุที่ยืดหยุ่น ถุงบรรจุภัณฑ์ขนม (เช่น ชิปส์ คุกกี้) กระดาษห่อขนมหวาน และถุงบรรจุภัณฑ์อาหารแช่แข็ง โดยทั่วไปทำจากฟิล์มพลาสติกสีต่าง ๆ (เช่น สีแดง สีน้ำเงิน หรือสีเมทัลลิก) ซึ่งอาจก่อให้เกิดแสงสะท้อนหรือการดูดกลืนแสง

ภาชนะแบบแข็ง ขวดพลาสติก (เช่น น้ำอัดลม น้ำผลไม้) ขวดโหลแก้ว (เช่น แยม ซอส) และกระป๋องอลูมิเนียม (เช่น เบียร์ เครื่องดื่มบำรุงกำลัง) พลาสติกสีต่าง ๆ (เช่น สีเขียวสำหรับขวดน้ำอัดลม) หรือโลหะที่ไม่โปร่งแสง มักบดบังรหัสวันที่ซึ่งถูกพิมพ์ด้วยหมึกที่มีความเปรียบต่างต่ำ

บรรจุภัณฑ์จากกระดาษ กล่องซีเรียล ถุงใส่ขนมปัง และกล่องอาหารสำเร็จรูป กระดาษคราฟท์สีน้ำตาล หรือกระดาษลูกฟูกที่มีลวดลายสีสันสดใส อาจก่อให้เกิดภาพรบกวน ทำให้แยกแยะวันที่ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทหรือวันที่ที่ประทับไว้ได้ยาก

2.2 อุตสาหกรรมยาและบริการสุขภาพ

อุตสาหกรรมเภสัชกรรมต้องการความแม่นยำสูงสุดในการตรวจสอบวันที่ผลิตและวันหมดอายุ เนื่องจากยาที่หมดอายุสามารถก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพอย่างรุนแรง ระบบ MVI ถูกนำไปใช้ในงานดังต่อไปนี้:

Blister packs : แผงฟอยล์อลูมิเนียมหรือพลาสติกสีต่าง ๆ สำหรับบรรจุเม็ดยาหรือแคปซูล รหัสวันที่ (มักถูกเลเซอร์สลักหรือพิมพ์ด้วยตัวอักษรขนาดเล็ก) อาจถูกซ่อนไว้โดยสีหรือพื้นผิวของบรรจุภัณฑ์

ฉลากหลอดแก้วและหลอด ampoule : หลอดแก้วใสหรือสีอำพัน พร้อมฉลากกระดาษหรือพลาสติก (ในสีเช่น ขาว ฟ้า หรือเขียว) การเลอะของหมึกหรือรูปทรงโค้งของฉลาก รวมกับพื้นหลังสีต่าง ๆ อาจทำให้การอ่านรหัสขัดข้อง

การห่อหุ้มอุปกรณ์ทางการแพทย์ : บรรจุภัณฑ์ปลอดเชื้อสำหรับเข็มฉีดยา ผ้าพันแผล หรือเครื่องมือผ่าตัด วัสดุ Tyvek หรือแผ่นฟิล์มพลาสติกสีต่าง ๆ (ใช้เพื่อเพิ่มการมองเห็นหรือเพื่อจุดประสงค์ทางการตลาด) อาจดูดกลืนแสง ทำให้วันหมดอายุที่พิมพ์ไว้จางจนมองไม่เห็น

2.3 อุตสาหกรรมเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล

เครื่องสำอาง (เช่น ครีม แชมพู และน้ำหอม) มีอายุการเก็บรักษาสั้น และมีข้อกำหนดในการติดฉลากที่เข้มงวด ระบบ MVI ถูกนำไปใช้ในงานดังต่อไปนี้:

ท่อพลาสติกและขวดพลาสติก : ขวด HDPE หรือ PET ที่มีสี (เช่น สีชมพูสำหรับโลชั่น สีเขียวสำหรับผลิตภัณฑ์ออร์แกนิก) รหัสวันที่ (มักจะพิมพ์ที่ด้านล่างหรือด้านข้าง) อาจถูกล้างออกได้ด้วยสีของบรรจุภัณฑ์หากแสงสว่างไม่เหมาะสม

ภาชนะแก้ว : ขวดน้ำหอมหรือเซรั่มที่ทำจากแก้วสี (เช่น สีอำพันเพื่อปกป้องส่วนผสม) การระบุวันที่แบบเลเซอร์บนพื้นผิวแก้วสีเข้มมักตรวจจับได้ยาก โดยเฉพาะหากไม่มีแสงสว่างที่เหมาะสม

3. แนวทางการเลือกแหล่งกำเนิดแสงเพื่อแก้ปัญหาการรบกวนจากบรรจุภัณฑ์สี

ความสำเร็จของการตรวจสอบภาพด้วยเครื่อง (MVI) ในการตรวจจับวันที่ขึ้นอยู่กับการเลือกแหล่งกำเนิดแสงที่เหมาะสม — แหล่งกำเนิดแสงที่สามารถลดการสะท้อน/การดูดกลืนแสงจากบรรจุภัณฑ์สี และเพิ่มความคมชัดระหว่างรหัสวันที่กับพื้นหลัง แหล่งกำเนิดแสงถูกเลือกตาม สีของบรรจุภัณฑ์ , ประเภทของรหัส (พิมพ์/เลเซอร์) , และ คุณสมบัติของหมึก/สี . ด้านล่างนี้คือแนวทางแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพสำหรับสถานการณ์บรรจุภัณฑ์สีทั่วไป:

3.1 บรรจุภัณฑ์สีแดง: ใช้แสงสีเขียวเพื่อแก้ปัญหาการดูดกลืนแสง

บรรจุภัณฑ์สีแดงจะดูดกลืนคลื่นแสงเกือบทุกช่วง ยกเว้นแสงสีแดงซึ่งจะสะท้อนออกมา นั่นหมายความว่าแหล่งกำเนิดแสงสีแดงจะทำให้บรรจุภัณฑ์ดูสว่างจ้า จนทำให้โค้ดวันที่จางหายไป (โดยเฉพาะหากพิมพ์ด้วยหมึกสีแดงหรือหมึกเข้ม) วิธีแก้ไขคือ:

เลือกใช้ไดโอดเปล่งแสงสีเขียว (LED) : แสงสีเขียว (ความยาวคลื่น: 520–560 นาโนเมตร) เป็นสีตรงข้ามของสีแดง—บรรจุภัณฑ์สีแดงจะดูดกลืนแสงสีเขียว ในขณะที่โค้ดวันที่สีเข้ม (เช่น หมึกสีดำ) จะสะท้อนแสงสีเขียวเพียงเล็กน้อย สิ่งนี้จะสร้างภาพที่มีความเปรียบต่างสูง: บรรจุภัณฑ์สีแดงจะปรากฏเป็นสีเข้ม (เนื่องจากการดูดกลืนแสง) และโค้ดวันที่จะเด่นชัดเป็นเครื่องหมายที่มองเห็นได้ง่ายและคมชัด

ตัวอย่างการใช้งาน : สำหรับถุงขนมพลาสติกสีแดงที่มีวันที่พิมพ์ด้วยหมึกสีดำ การใช้แสงวงแหวน LED สีเขียว (วางในมุมเอียง 45° เพื่อป้องกันแสงสะท้อน) จะช่วยให้พื้นผิวสีแดงของถุงมีความมืดลง ทำให้โค้ดวันที่สีดำสามารถตรวจจับได้ง่ายดายด้วยกล้อง

3.2 บรรจุภัณฑ์สีน้ำเงิน: ลดแสงสะท้อนด้วยแสงสีเหลือง

บรรจุภัณฑ์สีน้ำเงินสะท้อนแสงสีน้ำเงินได้ดี ทำให้เกิดแสงสะท้อนที่อาจบดบังโค้ดวันที่ โดยเฉพาะหากบรรจุภัณฑ์มีพื้นผิวเงา (เช่น ขวดพลาสติก) แหล่งกำเนิดแสงสีน้ำเงินจะเพิ่มความรุนแรงของแสงสะท้อนนี้ ในขณะที่แสงสีเหลือง (ซึ่งเป็นสีตรงข้ามกับสีน้ำเงิน) จะเป็นทางแก้ไขที่เหมาะสมที่สุด ดังนี้

ใช้หลอดไฟ LED สีเหลือง (ความยาวคลื่น: 580–595 นาโนเมตร) บรรจุภัณฑ์สีน้ำเงินดูดกลืนแสงสีเหลือง ลดแสงสะท้อนและทำให้พื้นหลังมืดลง อักษรที่พิมพ์เป็นโค้ดวันที่ด้วยหมึกสีขาว สีดำ หรือสีเทา จะสะท้อนแสงสีเหลืองแตกต่างออกไปจากบรรจุภัณฑ์ ทำให้เกิดความคมชัดที่ชัดเจน

เสริมด้วยตัวกรองแสงแบบโพลาไรซ์ (Polarizers) สำหรับพลาสติกสีน้ำเงินที่มีพื้นผิวเงา (เช่น ขวดแชมพู) ให้ใช้หลอดไฟ LED สีเหลืองคู่กับตัวกรองแสงโพลาไรซ์ ตัวกรองจะช่วยกำจัดการสะท้อนแสงแบบเงา (Glare) จากพื้นผิวของบรรจุภัณฑ์ เพื่อให้แน่ใจว่ากล้องจะจับภาพได้เฉพาะแสงที่กระจายตัวจากโค้ดวันที่เท่านั้น

3.3 บรรจุภัณฑ์สีดำหรือสีเข้ม: เพิ่มความคมชัดด้วยแสงสีขาวหรือแสงอินฟราเรดใกล้เคียง (NIR)

บรรจุภัณฑ์สีดำหรือสีน้ำตาลเข้ม (เช่น กระป๋องเบียร์ กล่องช็อกโกแลต) ดูดซับแสงที่ตามองเห็นเกือบทั้งหมด ทำให้รหัสวันที่พิมพ์ไว้ (มักใช้หมึกสีอ่อน เช่น สีขาวหรือสีเหลือง) มองเห็นได้ยาก มีอยู่สองวิธีแก้ปัญหาที่ได้ผล:

ไฟ LED สีขาวพร้อมตัวกระจายแสง : แสงสีขาวให้ช่วงคลื่นที่สมบูรณ์ ตัวกระจายแสงจะช่วยทำให้แสงนุ่มนวลขึ้นเพื่อป้องกันจุดแสงสว่างจ้า บรรจุภัณฑ์สีเข้มดูดซับแสงสีขาวบางส่วน แต่หมึกสีอ่อนจะสะท้อนแสงได้ดี ทำให้ภาพมีความคมชัดสูง โดยรหัสวันที่จะสว่างชัดเจนบนพื้นหลังสีเข้ม วิธีนี้ใช้ได้ดีกับรหัสที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทหรือประทับบนกล่องกระดาษลูกฟูกสีดำ (เช่น กล่องซีเรียล)

แสงอินฟราเรดใกล้ (NIR) (ความยาวคลื่น: 700–1100 นาโนเมตร) : สำหรับรหัสที่เลเซอร์สลักบนพลาสติกหรือโลหะสีเข้ม (เช่น กระป๋องอลูมิเนียมสีดำ) แสง NIR เหมาะเป็นพิเศษ เนื่องจากกระบวนการเลเซอร์สลักจะเปลี่ยนพื้นผิวของบรรจุภัณฑ์ (แทนที่จะเติมหมึก) และแสง NIR จะเน้นความแตกต่างของพื้นผิวเหล่านี้ แม้ว่าบรรจุภัณฑ์และรหัสจะมีสีเดียวกันเมื่ออยู่ภายใต้แสงทั่วไปก็ตาม แสง NIR ยังสามารถทะลุผ่านความบกพร่องบนพื้นผิวเล็กน้อย (เช่น รอยขีดข่วนบนขวดสีเข้ม) ซึ่งจะรบกวนการตรวจสอบด้วยแสงทั่วไป

3.4 พลาสติกใสหรือสีจาง: ลดการหักเหของแสงด้วยไฟแบบ Coaxial

พลาสติกใสหรือมีสีจาง (เช่น ขวดเครื่องดื่มใส ขวดเม็ดยาสีอำพัน) ทำให้เกิดการหักเหของแสง — แสงจะหักเหเมื่อเคลื่อนผ่านบรรจุภัณฑ์ ซึ่งทำให้รูปร่างของวันที่เปลี่ยนไป ในการแก้ปัญหานี้:

ไฟแบบ Coaxial (แหล่งกำเนิดแสงแบบขนาน) : ไฟแบบแกนเดียวกันจะปล่อยแสงออกมาในแนวแกนเดียวกันกับเลนส์ของกล้อง ทำให้แสงหักมุมน้อยที่สุด โดยแสงจะเดินทางตรงผ่านบรรจุภัณฑ์ที่เป็นใส สำหรับพลาสติกที่มีสี เช่น ขวดแก้วสีอำพัน ควรเลือกใช้ไฟแบบแกนเดียวกันที่มีช่วงคลื่นเหมาะสมกับการสะท้อนของหมึกพิมพ์ ตัวอย่างเช่น พลาสติกสีอำพันจะดูดซับแสงสีน้ำเงิน แต่จะส่งผ่านแสงสีเหลือง ดังนั้นการใช้ไฟแบบแกนเดียวกันที่เป็นแสงสีเหลืองจะสามารถส่องผ่านพลาสติกได้ และสะท้อนกลับจากตัวอักษรสีขาวของวันที่ผลิต ทำให้เห็นวันที่ได้อย่างชัดเจน

ตัวอย่างการใช้งาน : สำหรับขวดน้ำพลาสติกใสที่มีวันที่พิมพ์เป็นสีดำที่ก้นขวด การใช้ไฟแบบแกนเดียวกันสีขาวจะช่วยลดการหักเหมุมของแสงจากพื้นผิวขวดที่เป็นรูปทรงโค้ง ทำให้ภาพวันที่ที่ถ่ายด้วยกล้องมีความชัดเจนและไม่บิดเพี้ยน

4. สรุป

ระบบตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติ (Machine vision inspection) มีความสำคัญอย่างยิ่งในการตรวจจับวันที่ผลิตที่แม่นยำในอุตสาหกรรมอาหาร เภสัชกรรม และเครื่องสำอาง ซึ่งการปฏิบัติตามข้อกำหนดทางกฎหมายและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์มีความสำคัญสูงสุด อย่างไรก็ตาม การบรรจุภัณฑ์สีสันยังคงเป็นความท้าทายหลัก เนื่องจากมีคุณสมบัติในการดูดกลืน สะท้อน หรือกระเจิงแสง ซึ่งส่งผลต่อความชัดเจนของข้อความหรือโค้ด โดยการเลือกแหล่งกำเนิดแสงตามสีที่เข้ากันได้ (เช่น สีเขียวสำหรับบรรจุภัณฑ์สีแดง สีเหลืองสำหรับบรรจุภัณฑ์สีน้ำเงิน) ใช้แสงช่วงคลื่น NIR สำหรับพื้นผิวมืด และใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบแกนร่วม (coaxial lights) สำหรับวัสดุโปร่งใส จะช่วยลดสิ่งรบกวนและทำให้การตรวจสอบวันที่มีความเที่ยงตรงและเชื่อถือได้ เมื่อการออกแบบบรรจุภัณฑ์มีความซับซ้อนมากขึ้น (เช่น ลวดลายโลหะ ภาพกราฟิกหลายสี) การพัฒนาในอนาคตของระบบแสงแบบปรับตัวได้ (adaptive lighting systems) ที่ติดตั้งระบบปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อปรับความยาวคลื่นและระดับความเข้มของแสงโดยอัตโนมัติ จะยิ่งเพิ่มประสิทธิภาพและความหลากหลายในการใช้งานระบบตรวจจับวันที่ด้วยภาพอัตโนมัติให้ดียิ่งขึ้นไปอีก