Kiểm tra thị giác máy cho ngày sản xuất trên bao bì sản phẩm: Ứng dụng và giải pháp nguồn sáng cho bề mặt màu

1. Giới thiệu

Trong sản xuất và logistics hiện đại, việc xác định chính xác ngày sản xuất trên bao bì sản phẩm là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn sản phẩm, tuân thủ các tiêu chuẩn quy định và quản lý vòng đời tồn kho. Việc kiểm tra thủ công, phương pháp chủ yếu trước đây, dễ mắc sai sót do con người, hiệu suất thấp và chi phí nhân công cao — những hạn chế mà hệ thống thị giác máy (machine vision) đã giải quyết một cách hiệu quả. Hệ thống kiểm tra bằng thị giác máy (MVI) trong xác định ngày sản xuất sử dụng các camera độ phân giải cao, thuật toán xử lý hình ảnh và hệ thống chiếu sáng chuyên dụng để tự động phát hiện, đọc và xác minh các mã ngày (ví dụ: in nổi, khắc bằng tia laser hoặc phun mực) trên bao bì. Một thách thức quan trọng trong quy trình này xuất hiện khi bề mặt bao bì có màu, vì các chất tạo màu có thể phản xạ, hấp thụ hoặc tán xạ ánh sáng, làm méo hình ảnh mã ngày và làm giảm độ chính xác của quá trình kiểm tra. Bài viết này sẽ khám phá các danh mục sản phẩm cốt lõi mà MVI được ứng dụng để phát hiện ngày sản xuất, đồng thời trình bày các giải pháp nguồn sáng chuyên dụng nhằm giảm thiểu sự can thiệp từ bao bì màu sắc.

2. Các Danh Mục Sản Phẩm Cốt Lõi Cho Kiểm Tra Ngày Sử Dụng Bằng Thị Giác Máy

Các hệ thống thị giác máy để phát hiện ngày sản xuất được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nơi tính truy xuất nguồn gốc và quản lý hạn sử dụng là yếu tố bắt buộc. Dưới đây là những lĩnh vực ứng dụng nổi bật nhất:

2.1 Ngành Công Nghiệp Thực Phẩm Và Đồ Uống

Bao bì linh hoạt : Túi snack (ví dụ: khoai tây chiên, bánh quy), giấy gói kẹo và túi đựng thực phẩm đông lạnh. Các sản phẩm này thường được làm từ màng nhựa màu (ví dụ: đỏ, xanh hoặc kim loại) có thể gây lóa hoặc hấp thụ ánh sáng.

Bao bì cứng : Chai nhựa (ví dụ: nước ngọt, nước ép), hũ thủy tinh (ví dụ: mứt, sốt), và lon nhôm (ví dụ: bia, đồ uống năng lượng). Nhựa màu (ví dụ: màu xanh lá cho chai nước ngọt) hoặc kim loại mờ thường che khuất các mã ngày in bằng mực có độ tương phản thấp.

Bao bì giấy : Hộp ngũ cốc, túi đựng bánh mì và hộp đựng đồ mang đi. Giấy kraft nâu hoặc bìa carton in (với hình ảnh sặc sỡ) có thể tạo ra nhiễu nền, khiến việc phân biệt các ngày in bằng mực hoặc đóng dấu trở nên khó khăn.

2.2 Ngành Công nghiệp Dược phẩm và Chăm sóc Sức khỏe

Dược phẩm yêu cầu không có sai sót nào trong kiểm tra ngày sản xuất và hạn sử dụng, vì thuốc hết hạn có thể gây rủi ro nghiêm trọng cho sức khỏe. Hệ thống MVI được sử dụng để:

Gói bao bì dạng phồng : Hộp thuốc bằng nhôm hoặc nhựa màu dùng để đựng viên nang hoặc viên nén. Các mã ngày (thường được khắc laser hoặc in chữ nhỏ) có thể bị ẩn đi bởi màu sắc hoặc kết cấu của bao bì.

Nhãn chai lọ và ống ampoule : Chai lọ thủy tinh trong hoặc màu hổ phách với nhãn giấy hoặc nhựa (có màu như trắng, xanh dương hoặc xanh lá). Mực in bị lem hoặc độ cong của nhãn chai, kết hợp với nền màu, có thể làm gián đoạn việc đọc mã.

Đóng gói thiết bị y tế : Bao bì tiệt trùng cho xi lanh, băng gạc hoặc dụng cụ phẫu thuật. Các loại màng Tyvek hoặc nhựa màu (được dùng để dễ nhận biết hoặc cho mục đích thương hiệu) có thể hấp thụ ánh sáng, khiến ngày hết hạn in trên đó trở nên mờ nhạt.

2.3 Ngành Mỹ phẩm và Chăm sóc Cá nhân

Mỹ phẩm (ví dụ: kem, dầu gội, nước hoa) có hạn sử dụng ngắn và yêu cầu cao về ghi nhãn. MVI được áp dụng cho:

Ống tuýp và chai nhựa : Chai màu HDPE hoặc PET (ví dụ: màu hồng cho lotion, màu xanh lá cho sản phẩm hữu cơ). Mã ngày tháng (thường in ở đáy hoặc cạnh chai) có thể bị mờ do màu sắc bao bì nếu ánh sáng không được chiếu đúng cách.

Hộp đựng bằng thủy tinh : Chai đựng nước hoa hoặc huyết thanh bằng thủy tinh nhuộm màu (ví dụ: màu hổ phách để bảo vệ thành phần). Ngày tháng in bằng tia laser trên bề mặt thủy tinh tối màu rất khó phát hiện nếu không sử dụng ánh sáng định hướng.

3. Giải pháp Nguồn Ánh sáng để Khắc phục Nhiễu từ Bao bì Màu

Thành công của MVI trong việc phát hiện ngày tháng phụ thuộc vào việc lựa chọn nguồn sáng phù hợp - một nguồn sáng có thể giảm thiểu phản xạ/hấp thụ từ bao bì màu và tối đa hóa độ tương phản giữa mã ngày và nền phía sau. Nguồn sáng được lựa chọn dựa trên màu sắc bao bì , loại mã (in/khắc bằng tia laser) , và tính chất mực/bột màu . Dưới đây là các giải pháp dựa trên bằng chứng cho các tình huống phổ biến về bao bì màu:

3.1 Bao bì Đỏ: Khắc phục Hiện tượng Hấp thụ bằng Ánh sáng Xanh Lá

Bao bì màu đỏ hấp thụ hầu hết các bước sóng ánh sáng trừ màu đỏ, mà nó phản chiếu. Điều này có nghĩa là nguồn sáng màu đỏ sẽ khiến bao bì trở nên sáng chói, làm mờ các mã ngày (đặc biệt nếu được in bằng mực đỏ hoặc màu tối). Để giải quyết vấn đề này:

Chọn đèn LED phát ánh sáng màu xanh lá (LEDs) : Ánh sáng xanh lá (bước sóng: 520–560 nm) là màu bổ sung của màu đỏ – bao bì màu đỏ hấp thụ ánh sáng xanh lá, trong khi các mã ngày có màu tối (ví dụ, mực đen) phản chiếu rất ít ánh sáng xanh lá. Điều này tạo ra hình ảnh có độ tương phản cao: bao bì đỏ xuất hiện tối (do hấp thụ ánh sáng), và mã ngày hiện lên rõ ràng, sắc nét.

Ví dụ ứng dụng : Đối với các túi đựng đồ ăn vặt bằng nhựa đỏ có in ngày bằng mực đen, việc sử dụng đèn LED vòng phát ánh sáng xanh lá (đặt ở góc 45° để tránh phản quang) sẽ làm tối bề mặt đỏ của túi, khiến các mã ngày in đen trở nên dễ dàng được camera phát hiện.

3.2 Bao bì màu xanh dương: Giảm phản quang bằng ánh sáng vàng

Bao bì màu xanh lam phản xạ ánh sáng xanh mạnh, gây ra hiện tượng lóa sáng có thể che khuất các mã ngày — đặc biệt nếu bao bì có bề mặt bóng (ví dụ: chai nhựa). Nguồn sáng màu xanh sẽ làm tăng hiện tượng lóa sáng này, trong khi ánh sáng vàng (màu bổ sung của màu xanh) sẽ là giải pháp tối ưu:

Sử dụng đèn LED màu vàng (bước sóng: 580–595 nm) : Bao bì màu xanh hấp thụ ánh sáng vàng, làm giảm độ chói và tối hóa phần nền. Các mã ngày in bằng mực trắng, đen hoặc xám sẽ phản xạ ánh sáng vàng khác với phản xạ từ bao bì, tạo ra độ tương phản rõ ràng.

Bổ sung bộ phân cực (polarizer) : Đối với nhựa xanh bóng (ví dụ: chai dầu gội đầu), hãy kết hợp đèn LED màu vàng với bộ lọc phân cực. Bộ lọc này sẽ loại bỏ phản xạ định hướng (lóa sáng) trên bề mặt bao bì, đảm bảo camera chỉ thu được ánh sáng khuếch tán từ mã ngày.

3.3 Bao bì màu đen hoặc sẫm màu: Tăng độ tương phản bằng ánh sáng trắng hoặc ánh sáng gần hồng ngoại (NIR)

Bao bì màu đen hoặc nâu sẫm (ví dụ: lon bia, hộp sô cô la) hấp thụ hầu hết ánh sáng nhìn thấy, khiến các mã ngày in sẵn (thường dùng mực sáng như trắng hoặc vàng) khó phân biệt. Có hai giải pháp hiệu quả:

Đèn LED trắng có bộ khuếch tán : Ánh sáng trắng phát ra quang phổ đầy đủ các bước sóng, và bộ khuếch tán làm mềm ánh sáng để tránh các điểm sáng. Bao bì tối màu hấp thụ một phần ánh sáng trắng, nhưng mực màu sáng lại phản chiếu mạnh ánh sáng đó - tạo ra hình ảnh có độ tương phản cao, trong đó mã ngày hiện lên sáng rõ trên nền tối. Giải pháp này hoạt động tốt với các mã in bằng mực hoặc đóng dấu trên bìa carton màu đen (ví dụ: hộp ngũ cốc).

Ánh sáng hồng ngoại gần (NIR) (bước sóng: 700–1100 nm) : Đối với các mã được đánh dấu bằng tia laser trên nhựa hoặc kim loại tối màu (ví dụ: lon nhôm đen), ánh sáng NIR là lựa chọn lý tưởng. Việc đánh dấu bằng laser làm thay đổi kết cấu bề mặt của bao bì (thay vì thêm mực), và ánh sáng NIR làm nổi bật các khác biệt về kết cấu—ngay cả khi bao bì và mã có cùng màu sắc dưới ánh sáng nhìn thấy. Ánh sáng NIR cũng có khả năng xuyên qua các khuyết điểm nhỏ trên bề mặt (ví dụ: các vết trầy xước trên chai tối màu) mà ánh sáng nhìn thấy không thể kiểm tra hiệu quả.

3.4 Nhựa Trong Suốt hoặc Có Màu Nhạt: Giảm Khúc Xạ Ánh Sáng bằng Đèn Đồng Trục

Nhựa trong suốt hoặc có màu nhạt (ví dụ: chai nước trong suốt, lọ thuốc màu hổ phách) gây ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng — làm cong các tia sáng khi chúng đi qua bao bì, dẫn đến biến dạng hình dạng của mã ngày. Để giải quyết vấn đề này:

Đèn đồng trục (nguồn sáng song song) : Đèn đồng trục phát ánh sáng dọc theo cùng một trục với ống kính camera, giảm thiểu hiện tượng khúc xạ bằng cách đảm bảo ánh sáng đi thẳng qua bao bì trong suốt. Đối với nhựa nhuộm màu (ví dụ: lọ thủy tinh màu hổ phách), hãy sử dụng đèn đồng trục có bước sóng phù hợp với khả năng phản xạ của mực in. Ví dụ, nhựa màu hổ phách hấp thụ ánh sáng màu xanh lam nhưng lại truyền ánh sáng màu vàng – do đó ánh sáng đồng trục màu vàng sẽ đi qua được lớp nhựa và phản chiếu lên các mã ngày in trắng, giúp chúng trở nên nhìn thấy được.

Ví dụ ứng dụng : Đối với chai nước bằng nhựa trong suốt có ngày in màu đen ở đáy chai, ánh sáng đồng trục màu trắng sẽ loại bỏ hiện tượng khúc xạ từ bề mặt cong của chai, đảm bảo mã ngày xuất hiện rõ ràng và không bị méo trong hình ảnh của camera.

4. Kết luận

Kiểm tra bằng thị giác máy đã trở nên không thể thiếu để đảm bảo phát hiện chính xác ngày sản xuất trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm, nơi mà việc tuân thủ quy định và an toàn sản phẩm là tối quan trọng. Tuy nhiên, bao bì màu vẫn là một thách thức lớn do khả năng hấp thụ, phản xạ hoặc tán xạ ánh sáng của nó - làm giảm khả năng nhìn thấy mã. Bằng cách lựa chọn nguồn sáng dựa trên màu sắc bổ sung (ví dụ: màu xanh lá cho bao bì đỏ, màu vàng cho bao bì xanh dương), sử dụng ánh sáng cận hồng ngoại (NIR) cho các bề mặt tối màu và dùng đèn đồng trục cho vật liệu trong suốt, các nhà sản xuất có thể loại bỏ sự can thiệp và đạt được kết quả kiểm tra ngày tháng đáng tin cậy với độ chính xác cao. Khi các thiết kế bao bì ngày càng phức tạp hơn (ví dụ: bề mặt kim loại, họa tiết nhiều màu), những tiến bộ trong tương lai của hệ thống chiếu sáng thích ứng - được trang bị trí tuệ nhân tạo (AI) để tự động điều chỉnh bước sóng và cường độ ánh sáng - sẽ tiếp tục nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt của việc phát hiện ngày tháng bằng thị giác máy.