INSPECCIÓN DE EMBALAJE: USO DE VISIÓN MÁQUINA PARA GARANTIZAR LA CALIDAD Y SEGURIDAD DEL PRODUCTO

La inspección de embalajes ha sido durante mucho tiempo una tarea crítica que se aborda con éxito mediante sistemas de inspección automatizados que utilizan tecnologías de visión artificial. Una amplia gama de industrias se benefician de la inspección de envases, incluidas las farmacéuticas, las de dispositivos médicos, las de tabaco, las de alimentos y bebidas y las de productos de consumo en general. La verificación por visión artificial de los problemas de calidad del paquete, como la presencia y posición de las etiquetas, contenedores deformados o mal formados, niveles de llenado y más, garantiza la calidad estética del producto y la satisfacción del consumidor.

Más importante aún, las inspecciones que, por ejemplo, verifican que una fecha/lote/código de producto esté impreso correcta y legiblemente, o aseguran que el etiquetado del contenedor representa el producto real en el paquete, o verifican que los sellos del paquete y los componentes de seguridad sean correctos e intactos, todas ellas pueden ser esencial para entregar un producto seguro al consumidor. La validación de un embalaje correcto, intacto y de calidad también puede reducir los costos de producción y ayudar a evitar costosas retiradas de productos. Si bien hoy en día existen muchos tipos de aplicaciones de visión artificial en los entornos de embalaje, a continuación se analizan algunas de las formas comunes en que estos sistemas agregan valor.

Las tecnologías de visión artificial logran varios tipos diferentes de tareas cuando se trata de inspección y verificación de etiquetas. Estas tecnologías pueden detectar la presencia o ausencia de una etiqueta, garantizar el etiquetado adecuado del producto y verificar que la etiqueta esté completa y que el producto esté listo para su envío. Además, estas tecnologías pueden garantizar que las etiquetas estén en la ubicación correcta, detectar defectos como manchas y verificar la presencia de etiquetas o logotipos de advertencia. Al utilizar esta tecnología, las empresas garantizan la trazabilidad y la calidad del producto, al tiempo que aumentan la productividad y minimizan el riesgo.

Si bien los escáneres de códigos de barras, las cámaras inteligentes y las herramientas de software pueden realizar varias de estas tareas en muchos escenarios diferentes, las cámaras de escaneo de área y cámaras de escaneo lineal También se puede desplegar. Por ejemplo, si una empresa tiene un robot guiado por visión que paletiza paquetes y cajas para su envío, pero también desea agregar herramientas de inspección y verificación de etiquetas, el software puede utilizar imágenes adquiridas de la cámara existente para hacerlo. Cámaras de visión artificial También suelen ofrecer velocidades y resoluciones más altas que los dispositivos de lectura de códigos de barras, lo que ayuda con la adquisición de imágenes si las paletas se están moviendo o se obtienen imágenes desde la distancia.

Para aplicaciones de inspección de embalajes donde se requiere una transmisión de imágenes confiable sin paquetes o marcos perdidos, las cámaras de Emergent Vision Technologies admiten una optimización GigE Vision Enfoque de protocolo de transmisión (GVSP). Esto significa que todas las cámaras Emergent ofrecen capacidades de transferencia de imágenes sin copia y pérdida de datos, lo que garantiza una transferencia de imágenes eficiente con una sobrecarga mínima de CPU, lo cual es crucial para los sistemas multicámara y el procesamiento en tiempo real.

Las cámaras 5GigE, 10GigE, 25GigE y 100GigE de Emergent con los últimos sensores Sony Pregius S y Gpixel CMOS brindan una gama completa de opciones, que van desde 0.5 MP hasta 100 MP+, para esta y muchas otras aplicaciones de inspección de embalajes, ya sea que requieran altas velocidades, alta resolución, o ambas. Las cámaras de nuestras series 5GigE Eros y 10GigE HR aprovechan los siguientes sensores de imagen Sony Pregius S CMOS: 

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

La serie 25GigE Bolt también aprovecha el IMX5.1 de 537MP en su HB-5000-SB (269 fps), 8.1MP IMX536 en su HB-8000-SB (201 fps), 12.3MP IMX535 en su HB-12000-SB (192 fps), 20.28MP IMX531 en su HB-20000-SB, y el IMX24.47 de 530MP en su HB-25000-SB (98 fps). Las opciones varían hasta el final Cámara Zenith HZ-100-G 100 GigE (103.7 MP Gpíxeles GMAX32103) y Cámara Bolt HB-127-S 25GigE (127.7MP Sony IMX661) cámaras. Además, si bien es posible que la mayoría de las aplicaciones no requieran tales velocidades, la serie de cámaras Zenith 100GigE aprovecha la serie GSPRINT de Gpixel en el HZ-2000-G (GSPRINT2.5 de 4502 MP, 3462 fps), HZ-10000-G (10 MP GSPRINT4510, 1000 fps) y el HZ-21000-G (21 MP GSPRINT4521, 542 fps).

Fig 1: Los túneles de escaneo aprovechan las tecnologías de visión artificial para la lectura de códigos de barras e inspecciones de calidad a altas velocidades.

Para determinadas aplicaciones, las cámaras de escaneo de línea también se pueden utilizar para tareas de inspección y verificación de etiquetas. En la década de 1990, Vitronic instaló su tecnología de identificación de paquetes en el centro de distribución de paquetes de UPS más grande del mundo. Los trabajadores codificaban manualmente los paquetes que no habían sido leídos por el sistema de cámaras de escaneo de línea fija de Vitronic, que leen códigos de barras y etiquetas en los paquetes que se mueven sobre una cinta transportadora. Hoy en día, la empresa todavía implementa cámaras de escaneo lineal en su sistema de identificación Vipac y logra una tasa de identificación cercana al 100 % utilizando software de visión artificial en lugar de trabajadores humanos para códigos de barras que son difíciles de leer.

Para los entornos de empaquetado de alta velocidad de hoy en día, las familias de cámaras de escaneo lineal 10GigE, 25GigE y 100GigE de Emergent se pueden implementar de manera confiable para ofrecer capacidades de imágenes sin copia ni pérdida de datos. Los modelos van desde el Cámara de escaneo de línea 4K LR-4KG35 10GigE capaz de 172 KHz al Cámara de escaneo de línea LZ-16KG5 100GigE, que puede alcanzar los 400KHz.

Empresas de todo tipo dependen de la visión artificial y la tecnología de automatización para inspeccionar el embalaje primario y secundario para garantizar la calidad del producto, evitar fugas, eliminar retiradas de productos y, en última instancia, mantener la satisfacción del cliente. Los tipos de embalaje de productos varían mucho de una industria a otra, pero la inspección y verificación del contenido con fines de control de calidad es una aplicación común. Los ejemplos aquí incluyen: 

• Inspección del blister: Los blister son paquetes de plástico preformados que tienen una cavidad hecha de plástico o aluminio y una tapa típicamente hecha de plástico, papel, aluminio o una laminación tipo lámina suave; la cavidad contiene el producto y la tapa sella el producto en el paquete. Normalmente utilizados en alimentos y bebidas o para bienes de consumo envasados, los blisters pueden contener cualquier cosa, desde juguetes hasta medicamentos. La tecnología de visión artificial, incluidas las cámaras de escaneo de área y el software, pueden verificar el contenido de estos paquetes y, al mismo tiempo, garantizar que el embalaje esté intacto y sellado adecuadamente, ya que no hacerlo podría tener consecuencias importantes. En algunos casos, inspeccionar los blisters de plástico puede resultar difícil debido a los reflejos que se desprenden del plástico, especialmente cuando el embalaje es desigual. En estos casos, el uso de cámaras polarizadas de Emergent puede ayudar a crear el contraste adicional necesario para comprobar que el paquete esté completo o inspeccionar si hay tabletas dañadas, por ejemplo. Si el plástico es opaco, se pueden implementar cámaras SWIR de Emergent para inspeccionar el interior de los productos sellados. Más sobre polarización y SWIR a continuación. 
• Equipación: En entornos de fabricación, el kitting se refiere al embalaje de productos como alimentos, suministros médicos, artículos para mascotas, moda u otros bienes de consumo en un paquete más grande que se envía al cliente. Las tecnologías de visión artificial, incluidas cámaras de escaneo de área, cámaras inteligentes y herramientas de software, pueden inspeccionar un artículo, como un kit de suministros médicos, para garantizar que cada artículo esté en el paquete, en la ubicación correcta y en buenas condiciones para su envío al cliente.

Las operaciones de embalaje más grandes a menudo implementan sistemas de visión artificial para garantizar que los paquetes se envíen a las líneas correctas para su paletización antes del envío. Las empresas no quieren que los paquetes dañados que se envían terminen en los estantes de las tiendas, por lo que las tecnologías de sistemas de visión, como cámaras de escaneo de área, cámaras inteligentes y software, ayudan a inspeccionar las cajas entrantes para garantizar que no sea necesario volver a empaquetarlas debido a problemas cosméticos. defectos o daños como abolladuras, rayones o grietas. Estas tecnologías también se pueden utilizar para leer códigos de barras o códigos QR a alta velocidad para garantizar que, por ejemplo, se envíe el tipo correcto de sopa a la estación de envasado correcta. Al final de la línea, la tecnología de visión artificial también puede registrar la cantidad de paletas, las fechas de vencimiento y el tipo de producto, lo que ayuda a informar la información de la etiqueta de envío e ingresar datos cruciales en el sistema de planificación de recursos empresariales (ERP) de la empresa. 

Durante todo el proceso de embalaje, las empresas también deben garantizar que los paquetes sean seguros y estén libres de materiales extraños o contaminantes que puedan dañar su reputación. Las cámaras de escaneo de área, las cámaras inteligentes y el software de visión artificial pueden ayudar a las operaciones de embalaje a evitar este escenario mediante la realización de inspecciones automatizadas durante el proceso de embalaje. Las familias de cámaras de Emergent ofrecen las capacidades de transferencia de imágenes sin pérdida de datos y sin copias necesarias para los sistemas de inspección de embalajes de hoy en día, lo que garantiza una transferencia de imágenes eficiente con una sobrecarga mínima de CPU, crucial para configuraciones de múltiples cámaras y procesamiento en tiempo real.

En algunos casos, esto podría significar el uso de cámaras SWIR para inspeccionar el interior de, por ejemplo, un recipiente de galletas envuelto en papel de aluminio opaco. Cámaras como la HE-300-SI, HE-1300-SI, HE-3200-SIy HE-5300-SI – que forman parte de la serie de cámaras Eros 5GigE: aproveche los sensores SenSWIR de Sony, que son sensores avanzados capaz de capturar imágenes en el rango de 400 a 1700 nm. Estas cámaras se basan en los sensores Sony de 0.33 MP IMX991, 1.31 MP IMX990, 3.14 MP IMX993 y 5.24 MP IMX992.

Varias otras aplicaciones dentro de entornos de embalaje pueden requerir el uso de cámaras SWIR, incluida la inspección del cierre de la tapa para garantizar que la tapa esté alineada con el anillo de manipulación. Las botellas, frascos u otros recipientes defectuosos o inaceptables, a los que les pueden faltar tapas o anillos de manipulación (o ambos), una manipulación inadecuada de las tapas o tapas defectuosas de otro modo, pueden provocar retiradas del mercado, desperdicio y reelaboración. Las cámaras y el software de visión artificial se pueden utilizar no solo para verificar la presencia y posición de tapas y bandas antisabotaje, sino también el color y el cierre adecuado de la tapa. Además, las cámaras de longitud de onda visible y el software pueden realizar inspecciones del nivel de llenado en botellas transparentes y teñidas.

Fig 2: Las aplicaciones de inspección del nivel de llenado implican el uso de tecnologías de visión artificial para verificar el nivel de llenado, a veces con el uso de cámaras SWIR.

En determinadas aplicaciones, como aquellas en las que las botellas o contenedores son opacos, las cámaras SWIR de Emergent pueden capturar imágenes en el rango de 400 a 1700 nm para verificar niveles de llenado donde las cámaras de luz visible no pueden. Además, algunos envases pueden utilizar técnicas de sellado térmico como el sellado por inducción o el sellado con banda. En estos casos, los productos no deben enviarse a los clientes si están sellados incorrectamente, ya que plantean riesgos para la seguridad y la calidad del producto, por lo que las empresas pueden aprovechar las cámaras infrarrojas para inspeccionar un sellado adecuado.

Muchos tipos de productos, incluidos alimentos, cosméticos y bienes de consumo, llegan envueltos en plástico. Incluso antes de inspeccionar un paquete envuelto antes de paletizarlo y enviarlo, es probable que el propio embalaje de plástico haya sido inspeccionado mediante un sistema de visión artificial. Los desgarros, rasgaduras y roturas durante la impresión pueden provocar pérdidas financieras y de productividad, lo que hace que la inspección de la calidad de la impresión en plástico sea un paso importante. Los sistemas de inspección web pueden aprovechar las cámaras de escaneo lineal de alta velocidad de Emergent Vision Technologies para inspeccionar el plástico a altas velocidades e identificar posibles defectos antes de enviarlo para su envío.

Fig 3: Las tecnologías de visión artificial pueden inspeccionar el contenido de los paquetes a través del envoltorio retráctil y al mismo tiempo inspeccionar el propio envoltorio retráctil.

Otros tipos de inspecciones que involucran plásticos también se benefician de las tecnologías de visión artificial, incluida la inspección y verificación del contenido dentro de un paquete después de que se haya aplicado la envoltura de plástico y la inspección de la integridad del sello de la propia envoltura de plástico. La inspección del contenido de un paquete a través de un embalaje de plástico transparente se puede realizar con software y cámaras de escaneo de área de longitud de onda visible, mientras que las cámaras SWIR se pueden utilizar si el embalaje es opaco. 

Otra aplicación implica inspeccionar la envoltura plástica retráctil después de empaquetar un producto para asegurarse de que no haya rasgaduras ni objetos extraños presentes. Sin embargo, inspeccionar la envoltura de plástico transparente presenta desafíos debido a su naturaleza brillante y reflectante. Cámaras de polarización como la HR-12000-SP y HR-5000-SP puede ayudar a detectar defectos en la superficie como suciedad, golpes, rayones y curvas. Estas cámaras se basan en Sony IMX5MZR (mono) e IMX250MYR (color) de 250 MP y Sony IMX12MZR (mono) e IMX253MYR (color) de 253 MP. Los sensores cuentan con polarizadores microscópicos de rejilla de alambre sobre cada lente y tienen ángulos de polarización de 0°, 45°, 90° y 135° en grupos de cuatro píxeles; los grupos se interpolan, lo que reduce la resolución funcional general del sensor en 4 veces. En otras palabras, cada bloque de cuatro píxeles equivale a un píxel de salida.

Emergent ha desarrollado un complemento para su software eCapture Pro que utiliza GPUDirect para obtener las imágenes directamente en una GPU con tecnología de cero copias y cero pérdidas. El complemento incluye opciones para revisar los beneficios de las salidas características de una tubería de procesamiento polarizado estándar, como el grado de polarización o la dirección o el ángulo de polarización. Los usuarios finales pueden incluso quitar la luz polarizada o seleccionar una de las cuatro opciones de orientación: 0°, 45°, 90° o 135°.

En todas sus cámaras GigE Vision de alta velocidad y alta resolución, Emergent garantiza el mejor rendimiento de su clase mediante el uso de un enfoque GigE Vision optimizado y una infraestructura Ethernet ubicua para una adquisición y transferencia de datos confiable y sólida, en lugar de depender de tecnologías patentadas o puntuales. Interfaces punto a punto y tableros de adquisición de imágenes. Además, Emergent admite tecnologías de transferencia directa como NVIDIA GPUDirect, que permite la transferencia de imágenes directamente a la memoria de la GPU, mitigando el impacto de grandes transferencias de datos en la CPU y la memoria del sistema. Esta configuración aprovecha la capacidad de GPU más potente para el procesamiento de datos, al tiempo que mantiene la compatibilidad con el estándar GigE Vision y la interoperabilidad con software y periféricos compatibles.

Uno de los problemas que ha llevado al uso del Protocolo de control de transmisión (TCP) o acceso remoto directo a memoria (RDMA) y RDMA sobre Ethernet convergente (RoCE) dentro del estándar GigE Vision es la necesidad de diseccionar los paquetes Ethernet en el receptor para proporcionar los datos de la imagen a la aplicación en forma contigua, lo que requiere dividir los encabezados de los paquetes Ethernet. Hacerlo es posible usando software, pero requiere el triple de ancho de banda de memoria y una mayor utilización de la CPU, algo que RDMA Los usuarios promocionan cuando discuten los pros y los contras de GigE Vision y RDMA tradicionales. 

Emergent Vision Technologies aprovecha un enfoque de transferencia de imágenes sin copia, que se ha convertido en un requisito imprescindible para obtener el máximo rendimiento en imágenes de alta velocidad. Este enfoque minimiza el ancho de banda de la CPU y la memoria mediante el uso de funciones de división integradas disponibles en las tarjetas de interfaz de red actuales. Esta animación muestra los usos del ancho de banda de la memoria de copia cero de un sistema que utiliza el GigE Vision Stream Protocol (GVSP) optimizado para la transferencia de imágenes de copia cero. La primera parte de la animación muestra que el sistema no está optimizado y el buffer en la NIC se desborda, mientras que la segunda parte muestra que los datos fluyen libre y confiablemente a través de copia cero y optimización del sistema.

Para opciones de cámara adicionales, consulte nuestra herramienta de diseño de sistemas interactivos.