Машинне бачення для перевірки дат виробництва на упаковці продукту: застосування та рішення з джерелами світла для кольорових поверхонь

1. Вступ

У сучасному виробництві та логістиці точне визначення дати виготовлення на упаковці продукції має критичне значення для забезпечення безпеки продуктів, дотримання регуляторних стандартів та управління життєвим циклом запасів. Ручний огляд, який раніше був основним методом, схильний до помилок людини, низької ефективності та високих трудовитрат — обмежень, які системи машинного бачення вирішили ефективно. Системи машинного бачення (MVI) для дат виготовлення використовують камери з високою роздільною здатністю, алгоритми обробки зображень і спеціалізоване освітлення для автоматичного виявлення, зчитування та перевірки кодів дат (наприклад, друковані, лазерні або струменеві позначки) на упаковці. Основною проблемою у цьому процесі є використання упаковки з кольоровою поверхнею, оскільки пігменти можуть відбивати, поглинати або розсіювати світло, що порушує видимість кодів дат і погіршує точність перевірки. У цій статті розглядаються основні категорї продуктів, де MVI застосовується для виявлення дат, а також наведено спеціалізовані рішення джерел світла, які зменшують завади від кольорової упаковки.

2. Основні категорії продуктів для інспектування дати виробництва за допомогою машинного зору

Системи машинного зору для виявлення дати виробництва широко використовуються в галузях, де відстежуваність продукту та управління терміном його зберігання є обов’язковими. Нижче наведені найбільш поширені сфери застосування:

2.1 Харчова промисловість та напої

Гнучкий упаковка : Пакети з закусками (наприклад, чіпси, печиво), обгортки для цукерок, пакети для заморожених продуктів. Зазвичай виготовлені з кольорових пластикових плівок (наприклад, червоних, синіх або металевих), які можуть викликати блиск або поглинання світла.

Жорсткі контейнери : Пластикові пляшки (наприклад, для газованої води, соків), скляні банки (наприклад, для джемів, соусів), алюмінієві банки (наприклад, для пива, енергетичних напоїв). Кольорові пластики (наприклад, зелений для пляшок з газованою водою) або непрозорі метали часто заважають розпізнати дати, надруковані контрастними чорнилами.

Паперове пакування : Коробки для мюслі, пакети для хліба, контейнери для їжі на винесення. Коричневий крафт-папір або картон з друком (з яскравими зображеннями) може створювати фоновий шум, що ускладнює розпізнавання дат, нанесених струменевим друкарським або штампом.

2.2 Фармацевтична та медична галузь

Фармацевтика вимагає нульової терпимості до помилок при перевірці термінів придатності, адже вживання прострочених ліків може завдати серйозної шкоди здоров'ю. Візуальний інспектувальний контроль (MVI) використовується для:

Блистерні пакети : Кольорові алюмінієві або пластикові блистерні упаковки для пігулок чи капсул. Термін придатності (часто нанесений лазером або друком дрібним шрифтом) може бути прихований пігментом або текстурою упаковки.

Етикетки на ампулах та флаконах : Прозорі або бурштинові скляні флакони з паперовими або пластиковими етикетками (різних кольорів, таких як білий, синій або зелений). Розмитість чорнила або викривлення етикетки, разом із кольоровим тлом, може утруднити зчитування коду.

Упаковка медичних приладів : Стерильна упаковка для шприців, бинтів або хірургічних інструментів. Кольорові матеріали Tyvek або пластикові плівки (використовуються для видимості чи бренду) можуть поглинати світло, через що термін придатності стає важче розрізнити.

2.3 Косметична та побутова галузь

Косметичні засоби (наприклад, креми, шампуні та парфуми) мають короткий термін зберігання та суворі вимоги до маркування. Візуальний інспектувальний контроль (MVI) застосовується для:

Пластикові тюбики та пляшки : Кольорові пляшки з HDPE або ПЕТ (наприклад, рожеві для лосьйонів, зелені для органічних продуктів). Термін придатності (часто друкований на дні або збоку) може бути змитий кольором упаковки, якщо освітлення неправильне.

Скляні контейнери : Пляшки з парфумами або сироватками з тонованим склом (наприклад, бурштинове для захисту інгредієнтів). Дати, позначені лазером на темних скляних поверхнях, особливо важко виявити без цільового освітлення.

3. Рішення з джерелом світла для усунення перешкод від кольорової упаковки

Успіх MVI для виявлення терміну придатності залежить від вибору правильного джерела світла — такого, що мінімізує відбиття/поглинання кольорової упаковкою та максимізує контраст між кодом дати та його фоном. Джерела світла вибирають залежно від кольору упаковки , типу коду (друкований/лазерний) , а також властивостей фарби/пігменту . Нижче наведено рішення, що підтверджено дослідженнями, для типових сценаріїв кольорової упаковки:

3.1 Червоний упаковці: подолання поглинання за допомогою зеленого світла

Черв'яна упаковка поглинає більшість довжин хвиль світла, окрім червоного, який вона відбиває. Це означає, що червоне джерело світла зробить упаковку яскравою, вимиваючи коди дат (особливо якщо вони надруковані червоним або темними чорнилами). Щоб вирішити це:

Вибирайте зелені світлодіодні діоди (LED) : Зелене світло (довжина хвилі: 520–560 нм) є комплементарним кольором до червоного — черв'яна упаковка поглинає зелене світло, тоді як темні коди дат (наприклад, чорні чорнила) відбивають мінімум зеленого світла. Це створює зображення з високим контрастом: черв'яна упаковка виглядає темною (через поглинання), а код дати чітко вирізняється як чітка й чиста позначка.

Приклад застосування : Для червоних пластикових пакетів із закусками із датами, нанесеними чорнильним друком чорним кольором, кільцеве зелене світло LED (встановлене під кутом 45° для уникнення блисків) забезпечить затемнення червоної поверхні пакета, що зробить чорні коди дат добре помітними для камери.

3.2 Синя упаковка: зменшення блисків за допомогою жовтого світла

Синя упаковка сильно відбиває синє світло, що призводить до блисків, які можуть приховати термін придатності, особливо якщо упаковка глянсова (наприклад, пляшки з пластику). Джерела синього світла посилюватимуть ці блиски, тоді як жовте світло (комплементарне до синього) забезпечить оптимальне рішення:

Використовуйте жовті світлодіоди (довжина хвилі: 580–595 нм) : Синя упаковка поглинає жовте світло, зменшуючи блиски і затемнюючи фон. Термін придатності, надрукований білою, чорною або сірою фарбою, відбиватиме жовте світло інакше, ніж упаковка, створюючи чіткий контраст.

Додайте поляризатори : Для глянсового синього пластика (наприклад, пляшок для шампуню) використовуйте жовті світлодіоди разом із поляризаційним фільтром. Фільтр усуває дзеркальне відбиття (блиск) з поверхні упаковки, забезпечуючи, щоб камера фіксувала лише розсіяне світло від терміну придатності.

3.3 Чорна або темна упаковка: підвищення контрасту за допомогою білого або ближнього інфрачервоного (NIR) світла

Чорна або темно-коричнева упаковка (наприклад, банки для пива, коробки для шоколаду) поглинає більшу частину видимого світла, через що друковані термінові коди (часто виконані світлими чорнилами, такими як білі або жовті) важко розрізнити. Існують два ефективних рішення:

Білі світлодіодні лампи з розсіювачами : Біле світло випромінює повний спектр довжин хвиль, а розсіювач зм'якшує світло, щоб уникнути яскравих плям. Темна упаковка поглинає частину білого світла, але світлі чорнила сильно його відбивають — створюючи зображення з високим контрастом, де терміновий код виглядає яскравим на темному тлі. Це добре працює для кодів, нанесених струменевим принтером або штампом на чорному картоні (наприклад, коробки з мюслі).

Світло ближнього інфрачервоного діапазону (NIR) (довжина хвилі: 700–1100 нм) : Для кодів, позначених лазером на темному пластику або металі (наприклад, чорні алюмінієві банки), ідеально підходить ближнє інфрачервоне (NIR) світло. Лазерне маркування змінює текстуру поверхні упаковки (замість нанесення чорнила), а NIR-світло підкреслює ці відмінності у текстурі — навіть якщо упаковка та код мають однаковий колір на видиме світло. NIR також проникає крізь незначні дефекти поверхні (наприклад, подряпини на темних пляшках), які порушують перевірку видимим світлом.

3.4 Прозорий або тонований пластик: Зменшення рефракції за допомогою коаксіальних джерел світла

Прозорий або слабо тонований пластик (наприклад, прозорі пляшки для напоїв, бурштинові пляшки для пігулок) викликає рефракцію світла — викривлення променів при проходженні крізь упаковку, що спотворює форму дати та коду. Для вирішення цього питання:

Коаксіальні джерела світла (паралельні джерела світла) : Коаксіальні ліхтарі випромінюють світло вздовж тієї ж осі, що й об'єктив камери, мінімізуючи заломлення, оскільки світло проходить прямо крізь прозоре упакування. Для кольорового пластику (наприклад, флакони з бурштинового скла) використовуйте коаксіальні ліхтарі з довжиною хвилі, яка відповідає відбивній здатності чорнила. Наприклад, бурштиновий пластик поглинає синє світло, але пропускає жовте — тому жовте коаксіальне освітлення пройде крізь пластик і відбитим від датування білим чорнилом, зробивши їх видимими.

Приклад застосування : Для прозорих пластикових пляшок з чорним датуванням на дні біле коаксіальне освітлення усуває заломлення від вигнутої поверхні пляшки, забезпечуючи чітке та недеформоване зображення датування на знімку камери.

4. Висновок

Візуальний контроль за допомогою машин став незамінним для забезпечення точного визначення дати виробництва в харчовій, фармацевтичній та косметичній галузях, де важливо дотримуватися регуляторних вимог та забезпечувати безпеку продукції. Кольорова упаковка, однак, залишається ключовим викликом через її здатність поглинати, відбивати або розсіювати світло, що погіршує видимість коду. Вибираючи джерела світла за допомогою комплементарних кольорів (наприклад, зелене для червоної упаковки, жовте для блакитної), використовуючи ближнє інфрачервоне випромінювання (NIR) для темних поверхонь та коаксіальні джерела світла для прозорих матеріалів, виробники можуть усунути перешкоди й досягти надійної та високоточної перевірки дати. У міру ускладнення дизайну упаковки (наприклад, металеві поверхні, багатокольорові зображення) майбутні досягнення в адаптивних системах освітлення, оснащених штучним інтелектом для автоматичного регулювання довжини хвилі та інтенсивності світла, ще більше підвищать ефективність і універсальність виявлення дати методом машинного зору.