VERPACKUNGSINSPEKTION: MASCHINENBILDVERARBEITUNG ZUR GEWÄHRLEISTUNG DER PRODUKTQUALITÄT UND -SICHERHEIT

Die Verpackungsinspektion ist seit langem eine wichtige Aufgabe, die von automatisierten Inspektionssystemen mithilfe von Bildverarbeitungstechnologien erfolgreich gelöst wird. Eine breite Palette von Branchen profitiert von der Verpackungsinspektion, darunter Arzneimittel, medizinische Geräte, Tabak, Lebensmittel und Getränke sowie allgemeine Konsumgüter. Die maschinelle Bildverarbeitungsprüfung von Verpackungsqualitätsproblemen – wie etwa das Vorhandensein und die Position des Etiketts, verformte oder falsch geformte Behälter, Füllstände und mehr – gewährleistet die ästhetische Qualität des Produkts und die Zufriedenheit der Verbraucher.

Noch wichtiger sind Inspektionen, die beispielsweise überprüfen, ob ein Datum/eine Charge/ein Produktcode korrekt und leserlich aufgedruckt ist, oder sicherstellen, dass die Behälteretikette das tatsächliche Produkt in der Verpackung darstellt, oder ob korrekte und intakte Verpackungssiegel und Sicherheitskomponenten überprüft werden entscheidend sein, um dem Verbraucher ein sicheres Produkt zu liefern. Die Validierung korrekter, intakter und qualitativ hochwertiger Verpackungen kann auch die Produktionskosten senken und dazu beitragen, teure Produktrückrufe zu vermeiden. Während es heutzutage viele Arten von Bildverarbeitungsanwendungen in Verpackungsumgebungen gibt, werden im Folgenden einige der häufigsten Arten betrachtet, in denen diese Systeme einen Mehrwert schaffen.

Bildverarbeitungstechnologien erfüllen verschiedene Arten von Aufgaben bei der Etiketteninspektion und -verifizierung. Diese Technologien können das Vorhandensein oder Fehlen eines Etiketts erkennen, eine ordnungsgemäße Produktkennzeichnung sicherstellen und überprüfen, ob ein Etikett vollständig ist und das Produkt versandbereit ist. Darüber hinaus können diese Technologien sicherstellen, dass sich die Etiketten an der richtigen Stelle befinden, Mängel wie Flecken erkennen und das Vorhandensein von Warnhinweisen oder Logos überprüfen. Durch den Einsatz dieser Technologie stellen Unternehmen die Rückverfolgbarkeit und Produktqualität sicher und steigern gleichzeitig die Produktivität und minimieren das Risiko.

Während Barcode-Scanner, Smart-Kameras und Softwaretools mehrere dieser Aufgaben in vielen verschiedenen Szenarien erfüllen können, sind Flächenscan-Kameras und Zeilenkameras können ebenfalls eingesetzt werden. Wenn ein Unternehmen beispielsweise über einen visionsgesteuerten Roboter verfügt, der Pakete und Kisten für den Versand auf Paletten packt, aber auch Etiketteninspektions- und -verifizierungstools hinzufügen möchte, kann die Software dazu Bilder verwenden, die von der vorhandenen Kamera erfasst wurden. Bildverarbeitungskameras bieten in der Regel auch höhere Geschwindigkeiten und Auflösungen als Barcode-Lesegeräte, was bei der Bilderfassung hilft, wenn sich die Paletten bewegen oder aus der Ferne fotografiert werden.

Für Verpackungsinspektionsanwendungen, bei denen eine zuverlässige Bildübertragung ohne verlorene Pakete oder Frames erforderlich ist, unterstützen Kameras von Emergent Vision Technologies eine optimierte GigE-Vision Stream Protocol (GVSP)-Ansatz. Dies bedeutet, dass alle Emergent-Kameras Bildübertragungsfunktionen ohne Kopien und ohne Datenverlust bieten, was eine effiziente Bildübertragung mit minimalem CPU-Overhead gewährleistet, was für Systeme mit mehreren Kameras und Echtzeitverarbeitung von entscheidender Bedeutung ist.

Die 5GigE-, 10GigE-, 25GigE-Kameras und 100GigE-Kameras von Emergent mit den neuesten Sony Pregius S- und Gpixel-CMOS-Sensoren bieten eine umfassende Auswahl an Optionen – von 0.5 MP bis 100 MP+ – für diese und viele andere Verpackungsinspektionsanwendungen, unabhängig davon, ob sie hohe Geschwindigkeiten erfordern, hohe Auflösung oder beides. Kameras unserer Serien 5GigE Eros und 10GigE HR nutzen die folgenden Sony Pregius S CMOS-Bildsensoren: 

• 5.1 MP IMX547: HE-5000-SBL 5GigE-Kamera (45.5 fps), HR-5000-SBL 10GigE-Kamera (99fps)
• 8.1 MP IMX546: HE-8000-SBL 5GigE-Kamera (36.5 fps), HR-8000-SBL 10GigE-Kamera (73fps)
• 12.4 MP IMX545: HE-12000-SBL 5GigE-Kamera (34 fps), HR-12000-SBL 10GigE-Kamera (68fps)
• 16.13 MP IMX542: HE-16000-SBL 5GigE-Kamera (26 fps), HR-16000-SBL 10GigE-Kamera (52fps)
• 20.28 MP IMX541: HE-20000-SBL 5GigE-Kamera (21.5 fps), HR-20000-SBL 10GigE-Kamera (43fps)
• 24.47 MP IMX540: HE-25000-SBL 5GigE-Kamera (17.5 fps), HR-25000-SBL 10GigE-Kamera (35fps)

Die 25GigE Bolt-Serie nutzt auch den 5.1 MP IMX537 HB-5000-SB (269fps), 8.1MP IMX536 in seinem HB-8000-SB (201fps), 12.3MP IMX535 in seinem HB-12000-SB (192fps), 20.28MP IMX531 in seinem HB-20000-SB, und der 24.47 MP IMX530 in seinem HB-25000-SB (98fps). Die Optionen reichen bis hin zum Zenith HZ-100-G 100GigE-Kamera (103.7 MP Gpixel GMAX32103) und Bolt HB-127-S 25GigE-Kamera (127.7 MP Sony IMX661) Kameras. Während die meisten Anwendungen möglicherweise keine solchen Geschwindigkeiten erfordern, nutzt die Zenith 100GigE-Kameraserie die GSPRINT-Serie von Gpixel in der HZ-2000-G (2.5 MP GSPRINT4502, 3462 fps), HZ-10000-G (10MP GSPRINT4510, 1000fps) und die HZ-21000-G (21MP GSPRINT4521, 542fps).

Feige 1: Scantunnel nutzen Bildverarbeitungstechnologien für das Lesen von Barcodes und Qualitätsprüfungen bei hoher Geschwindigkeit.

Für bestimmte Anwendungen können Zeilenkameras auch zur Etiketteninspektion und -verifizierung eingesetzt werden. In den 1990ern, Vitronic hat seine Paketidentifikationstechnologie im größten Paketverteilzentrum von UPS weltweit installiert. Arbeiter codierten manuell Pakete, die nicht von Vitronics fest installiertem Zeilenkamerasystem gelesen wurden, das Barcodes und Etiketten auf Paketen liest, die sich auf einem Förderband bewegen. Auch heute noch setzt das Unternehmen Zeilenkameras in seinem Vipac-Identifizierungssystem ein und erreicht bei schwer lesbaren Barcodes mithilfe von Bildverarbeitungssoftware anstelle menschlicher Arbeitskräfte eine Identifizierungsrate von nahezu 100 %.

Für die Hochgeschwindigkeitsverpackungsumgebungen von heute können die 10GigE-, 25GigE- und 100GigE-Zeilenkamerafamilien von Emergent zuverlässig eingesetzt werden, um Bildgebungsfunktionen ohne Kopien und ohne Datenverlust zu liefern. Die Modelle reichen von der 4K LR-4KG35 10GigE Zeilenkamera fähig zu 172KHz LZ-16KG5 100GigE Zeilenkamera, die 400 kHz erreichen kann.

Unternehmen aller Art verlassen sich bei der Inspektion von Primär- und Sekundärverpackungen auf Bildverarbeitungs- und Automatisierungstechnologie, um die Produktqualität sicherzustellen, Produktlecks zu verhindern, Produktrückrufe zu vermeiden und letztendlich die Kundenzufriedenheit aufrechtzuerhalten. Die Arten von Produktverpackungen sind von Branche zu Branche sehr unterschiedlich, die Inhaltskontrolle und -verifizierung zur Qualitätskontrolle ist jedoch eine häufige Anwendung. Beispiele hierfür sind: 

• Inspektion von Blisterverpackungen: Blisterpackungen sind vorgeformte Kunststoffverpackungen mit einem Hohlraum aus Kunststoff oder Aluminium und einem Deckel, der typischerweise aus Kunststoff, Papier, Aluminium oder einer weichen Folienkaschierung besteht. Der Hohlraum enthält das Produkt und der Deckel versiegelt das Produkt in der Verpackung. Blisterverpackungen werden typischerweise in Lebensmitteln und Getränken oder für Konsumgüter verwendet und können alles von Spielzeug bis hin zu Medikamenten enthalten. Bildverarbeitungstechnologie einschließlich Flächenkameras und Software kann den Inhalt dieser Packungen überprüfen und gleichzeitig sicherstellen, dass die Verpackung intakt und ordnungsgemäß versiegelt ist, da eine Nichtbeachtung erhebliche Folgen haben könnte. In manchen Fällen kann die Inspektion von Blisterverpackungen aus Kunststoff aufgrund der vom Kunststoff ausgehenden Reflexionen schwierig sein, insbesondere wenn die Verpackung uneben ist. In diesen Fällen kann der Einsatz polarisierter Kameras von Emergent dabei helfen, den zusätzlichen Kontrast zu schaffen, der beispielsweise zur Überprüfung der Paketvollständigkeit oder zur Überprüfung auf beschädigte Tablets erforderlich ist. Wenn der Kunststoff undurchsichtig ist, können SWIR-Kameras von Emergent zur Inspektion des Inneren versiegelter Produkte eingesetzt werden. Mehr zu Polarisation und SWIR weiter unten. 
• Ausstattung: In Produktionsumgebungen bezieht sich Kitting auf das Verpacken von Produkten wie Lebensmitteln, medizinischen Bedarfsartikeln, Heimtierbedarf, Mode oder anderen Konsumgütern in einer größeren Verpackung, die an den Kunden versandt wird. Bildverarbeitungstechnologien wie Flächenkameras, intelligente Kameras und Softwaretools können einen Artikel wie einen medizinischen Versorgungssatz prüfen, um sicherzustellen, dass sich jeder Artikel in der Verpackung, am richtigen Ort und in gutem Zustand für den Versand an den Kunden befindet.

Größere Verpackungsbetriebe setzen oft Bildverarbeitungssysteme ein, um sicherzustellen, dass Pakete vor dem Versand an die richtigen Linien zur Palettierung geschickt werden. Unternehmen möchten nicht, dass beschädigte Pakete, die entlang der Produktionslinie verschickt werden, in den Regalen der Geschäfte landen. Deshalb helfen Bildverarbeitungstechnologien wie Flächenkameras, Smart-Kameras und Software bei der Inspektion eingehender Kartons, um sicherzustellen, dass der Karton nicht aufgrund von Kosmetika neu verpackt werden muss Mängel oder Schäden wie Dellen, Kratzer oder Risse. Mit diesen Technologien können auch Barcodes oder QR-Codes mit hoher Geschwindigkeit gelesen werden, um sicherzustellen, dass beispielsweise die richtige Suppensorte an die richtige Verpackungsstation gelangt. Am Ende der Linie kann die Bildverarbeitungstechnologie auch die Anzahl der Paletten, das Verfallsdatum und den Produkttyp aufzeichnen, was dabei hilft, Informationen zu Versandetiketten zu liefern und wichtige Daten in das Enterprise-Resource-Planning-System (ERP) des Unternehmens einzugeben. 

Während des gesamten Verpackungsprozesses müssen Unternehmen außerdem sicherstellen, dass die Verpackungen sicher und frei von Fremdmaterialien oder Verunreinigungen sind, die zu Rufschäden führen könnten. Flächenscankameras, intelligente Kameras und Bildverarbeitungssoftware können Verpackungsbetrieben dabei helfen, dieses Szenario zu vermeiden, indem sie während des Verpackungsprozesses automatisierte Inspektionen durchführen. Die Kamerafamilien von Emergent bieten die Bildübertragungsfunktionen ohne Datenverlust und ohne Kopien, die für heutige Verpackungsinspektionssysteme erforderlich sind. Sie gewährleisten eine effiziente Bildübertragung mit minimalem CPU-Overhead, was für Konfigurationen mit mehreren Kameras entscheidend ist, und Echtzeitverarbeitung.

In einigen Fällen könnte dies den Einsatz von SWIR-Kameras bedeuten, um beispielsweise das Innere eines in undurchsichtiger Folie verpackten Keksbehälters zu inspizieren. Kameras wie die HE-300-SI, HE-1300-SI, HE-3200-SI und HE-5300-SI - die Teil der Eros 5GigE-Kameraserie sind – nutzen Sie die SenSWIR-Sensoren von Sony, bei denen es sich um fortschrittliche Sensoren handelt ist in der Lage, Bilder im Bereich von 400 bis 1700 nm aufzunehmen. Diese Kameras basieren auf den 0.33 MP IMX991-, 1.31 MP IMX990-, 3.14 MP IMX993- und 5.24 MP IMX992-Sensoren von Sony.

Mehrere andere Anwendungen in Verpackungsumgebungen erfordern möglicherweise den Einsatz von SWIR-Kameras, einschließlich der Inspektion des Verschlusses des Verschlusses, um sicherzustellen, dass der Verschluss mit dem Originalitätsring ausgerichtet ist. Defekte oder nicht akzeptable Flaschen, Gläser oder andere Behälter – die möglicherweise fehlende Verschlüsse oder Originalitätsringe (oder beides), unsachgemäße Manipulation der Verschlüsse oder anderweitig defekte Verschlüsse aufweisen – können zu Rückrufen, Verschwendung und Nacharbeit führen. Mithilfe von Bildverarbeitungskameras und Software können nicht nur das Vorhandensein und die Position von Kappen und Originalitätsbändern überprüft werden, sondern auch die Farbe und der ordnungsgemäße Verschluss der Kappe. Darüber hinaus können Kameras und Software im sichtbaren Wellenlängenbereich eine Füllstandskontrolle an klaren und getönten Flaschen durchführen.

Feige 2: Anwendungen zur Füllstandskontrolle erfordern den Einsatz von Bildverarbeitungstechnologien zur Überprüfung des Füllstands, manchmal unter Verwendung von SWIR-Kameras.

Bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise wenn Flaschen oder Behälter undurchsichtig sind, können die SWIR-Kameras von Emergent Bilder im Bereich von 400 bis 1700 nm erfassen, um Füllstände zu überprüfen, wo Kameras mit sichtbarem Licht dies nicht können. Darüber hinaus können bei einigen Verpackungen thermische Siegeltechniken wie Induktionssiegeln oder Bandsiegeln zum Einsatz kommen. In diesen Fällen sollten Produkte nicht an Kunden versendet werden, wenn sie nicht ordnungsgemäß versiegelt sind, da sie ein Risiko für Produktsicherheit und -qualität darstellen. Daher können Unternehmen Infrarotkameras nutzen, um die ordnungsgemäße Versiegelung zu überprüfen.

Viele Arten von Produkten, darunter Lebensmittel, Kosmetika und Konsumgüter, werden in Plastik verpackt geliefert. Schon vor der Inspektion einer verpackten Verpackung vor dem Palettieren und Versenden wurde die Kunststoffverpackung selbst wahrscheinlich bereits von einem Bildverarbeitungssystem überprüft. Risse, Risse und Brüche beim Drucken können zu finanziellen und Produktivitätseinbußen führen, weshalb die Qualitätsprüfung des Kunststoffdrucks ein wichtiger Schritt ist. Bahninspektionssysteme können Hochgeschwindigkeits-Zeilenkameras von Emergent Vision Technologies nutzen, um Kunststoffe mit hoher Geschwindigkeit zu prüfen und mögliche Mängel zu erkennen, bevor sie zum Versand geschickt werden.

Feige 3: Bildverarbeitungstechnologien können den Inhalt von Verpackungen durch die Schrumpffolie hindurch prüfen und gleichzeitig die Schrumpffolie selbst prüfen.

Auch andere Arten von Inspektionen im Zusammenhang mit Kunststoffen profitieren von Bildverarbeitungstechnologien, darunter die Inspektion und Überprüfung des Inhalts einer Verpackung nach dem Anbringen der Kunststoffverpackung und die Prüfung der Siegelintegrität der Kunststoffverpackung selbst. Die Inspektion des Inhalts einer Verpackung durch eine transparente Kunststoffverpackung hindurch kann mit Kameras und Software zur Bereichsabtastung im sichtbaren Wellenlängenbereich durchgeführt werden, während SWIR-Kameras verwendet werden können, wenn die Verpackung undurchsichtig ist. 

Eine andere Anwendung besteht darin, die Kunststoffschrumpffolie selbst nach dem Verpacken eines Produkts zu überprüfen, um sicherzustellen, dass keine Risse oder Fremdkörper vorhanden sind. Die Inspektion durchsichtiger Plastikfolie stellt jedoch aufgrund ihrer glänzenden und reflektierenden Beschaffenheit eine Herausforderung dar. Polarisationskameras wie die HR-12000-SP und HR-5000-SP kann dabei helfen, Oberflächenfehler wie Schmutz, Unebenheiten, Kratzer und Biegungen zu erkennen. Diese Kameras basieren auf den 5 MP Sony IMX250MZR (Mono) und IMX250MYR (Farbe) sowie den 12 MP Sony IMX253MZR (Mono) und IMX253MYR (Farbe). Die Sensoren verfügen über mikroskopisch kleine Drahtgitterpolarisatoren über jeder Linse und haben Polarisationswinkel von 0°, 45°, 90° und 135° in Vier-Pixel-Gruppen; Die Gruppen werden interpoliert, wodurch sich die Gesamtauflösung des Sensors um das Vierfache verringert. Mit anderen Worten: Jeder Vier-Pixel-Block entspricht einem Ausgabepixel.

Emergent hat ein Plug-in für seine eCapture Pro-Software entwickelt, das GPUDirect verwendet, um die Bilder ohne Kopie und ohne Verlust direkt auf eine GPU zu übertragen. Das Plug-in umfasst Optionen zum Überprüfen der Vorteile der charakteristischen Ausgänge einer standardmäßigen polarisierten Verarbeitungspipeline, wie z. B. Polarisationsgrad oder -richtung oder -winkel. Endbenutzer können sogar das polarisierte Licht entfernen oder eine der vier Ausrichtungsoptionen auswählen – 0°, 45°, 90° oder 135°.

Bei all seinen Hochgeschwindigkeits-GigE-Vision-Kameras mit hoher Auflösung gewährleistet Emergent erstklassige Leistung durch den Einsatz eines optimierten GigE-Vision-Ansatzes und einer allgegenwärtigen Ethernet-Infrastruktur für zuverlässige und robuste Datenerfassung und -übertragung, anstatt sich auf proprietäre oder punktuelle Datenerfassung und -übertragung zu verlassen. Punkt-zu-Punkt-Schnittstellen und Bilderfassungskarten. Darüber hinaus unterstützt Emergent Direktübertragungstechnologien wie die von NVIDIA GPUDirect, Dies ermöglicht die direkte Übertragung von Bildern in den GPU-Speicher und mildert so die Auswirkungen großer Datenübertragungen auf die System-CPU und den Speicher. Ein solches Setup nutzt die leistungsstärkere GPU-Fähigkeit für die Datenverarbeitung und behält gleichzeitig die Kompatibilität mit dem GigE Vision-Standard und die Interoperabilität mit kompatibler Software und Peripheriegeräten bei.

Eines der Probleme, die zur Verwendung von Transmission Control Protocol (TCP) oder Remote Direct Memory Access (RDMA) und RDMA over Converged Ethernet (RoCE) innerhalb des GigE Vision-Standards geführt haben, ist die Notwendigkeit, Ethernet-Pakete am Empfänger zu zerlegen, um sie bereitzustellen Die Bilddaten werden in zusammenhängender Form an die Anwendung übergeben, was eine Abspaltung der Ethernet-Paket-Header erfordert. Dies ist per Software möglich, erfordert aber die dreifache Speicherbandbreite und eine höhere CPU-Auslastung, was durchaus der Fall ist RDMA Benutzer loben die Vor- und Nachteile von traditionellem GigE Vision und RDMA. 

Emergent Vision Technologies nutzt einen kopierfreien Bildübertragungsansatz, der zu einer unverzichtbaren Voraussetzung für Spitzenleistung bei der Hochgeschwindigkeitsbildgebung geworden ist. Dieser Ansatz minimiert die CPU- und Speicherbandbreite durch die Verwendung integrierter Aufteilungsfunktionen, die in aktuellen Netzwerkschnittstellenkarten verfügbar sind. Diese Animation zeigt die Zero-Copy-Speicherbandbreitennutzung eines Systems, das das optimierte GigE Vision Stream Protocol (GVSP) für die Zero-Copy-Bildübertragung verwendet. Der erste Teil der Animation zeigt, dass das System nicht optimiert ist und der Puffer in der Netzwerkkarte überläuft, während der zweite Teil den freien und zuverlässigen Datenfluss über Zero-Copy und Systemoptimierung zeigt.

Weitere Kameraoptionen finden Sie in unserem interaktives Systemdesigner-Tool.