包装検査：マシンビジョンを使用して製品の品質と安全性を確保します

梱包検査は長い間重要なタスクであり、マシンビジョン技術を使用した自動検査システムによってうまく対処されてきました。医薬品、医療機器、タバコ、食品および飲料、一般消費者製品など、幅広い業界が包装検査の恩恵を受けています。ラベルの有無や位置、容器の変形や不正な形成、充填レベルなどのパッケージの品質問題をマシンビジョンで検証することで、製品の美的品質と消費者の満足度を確保します。

さらに重要なのは、日付/ロット/製品コードが正しく判読可能に印刷されていることを確認したり、容器のラベルがパッケージ内の実際の製品を表していることを確認したり、パッケージのシールや安全コンポーネントが正しく無傷であることを確認したりする検査などです。消費者に安全な製品をお届けするためには不可欠です。正しく、無傷で、高品質なパッケージを検証することは、生産コストを削減し、高価な製品のリコールを回避することにも役立ちます。現在、パッケージング環境には多くのタイプのマシン ビジョン アプリケーションが存在しますが、以下では、これらのシステムが価値を付加する一般的な方法のいくつかを見ていきます。

マシン ビジョン テクノロジーは、ラベルの検査と検証に関して、いくつかの異なる種類のタスクを実行します。これらのテクノロジーは、ラベルの有無を検出し、製品の適切なラベル付けを保証し、ラベルが完全で製品の出荷準備が整っていることを確認できます。さらに、これらのテクノロジーは、ラベルが正しい位置にあることを確認し、汚れなどの欠陥を検出し、警告ラベルやロゴの存在を確認することができます。このテクノロジーを使用することで、企業は生産性を向上させ、リスクを最小限に抑えながら、製品のトレーサビリティと製品の品質を確保します。

バーコード スキャナー、スマート カメラ、ソフトウェア ツールはさまざまなシナリオでこれらのタスクのいくつかを実行できますが、エリア スキャン カメラとソフトウェア ツールは、 ラインスキャンカメラ も展開される可能性があります。たとえば、企業が出荷用にパッケージや箱をパレット化するビジョン誘導ロボットを導入しているが、ラベルの検査および検証ツールも追加したい場合、ソフトウェアは既存のカメラから取得した画像を使用してこれを行うことができます。 マシンビジョンカメラ また、通常、バーコード読み取りデバイスよりも高い速度と解像度を提供し、パレットが移動している場合や、離れた場所から画像を取得する場合に画像取得に役立ちます。

パケットやフレームがドロップされない信頼性の高い画像伝送が必要な包装検査アプリケーションでは、Emergent Vision Technologies のカメラが最適化された画像をサポートします。 GigEビジョン ストリーム プロトコル (GVSP) アプローチ。これは、すべての Emergent カメラが、コピー不要の画像転送とデータ損失ゼロのイメージング機能を提供することを意味します。これにより、最小限の CPU オーバーヘッドで効率的な画像転送が保証されます。これは、マルチカメラ システムやリアルタイム処理にとって重要です。

最新の Sony Pregius S および Gpixel CMOS センサーを搭載した Emergent の 5GigE、10GigE、25GigE カメラ、および 100GigE カメラは、高速性が必要かどうかにかかわらず、このアプリケーションや他の多くのパッケージング検査アプリケーションに対して、0.5MP から 100MP+ までの幅広いオプションを提供します。高解像度、またはその両方。 5GigE Aeros および 10GigE HR シリーズのカメラは、次の Sony Pregius S CMOS イメージ センサーを利用しています。 

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

25GigE Bolt シリーズは、5.1MP IMX537 も活用しています。 HB-5000-SB (269fps)、8.1MP IMX536 を搭載 HB-8000-SB (201fps)、12.3MP IMX535 を搭載 HB-12000-SB (192fps)、20.28MP IMX531 を搭載 HB-20000-SB、および 24.47MP IMX530 HB-25000-SB (98fps)。オプションの範囲は次のとおりです。 Zenith HZ-100-G 100GigE カメラ (103.7MP ピクセル GMAX32103) および Bolt HB-127-S 25GigE カメラ (127.7MP Sony IMX661) カメラ。さらに、ほとんどのアプリケーションではそのような速度は必要ありませんが、Zenith 100GigE カメラ シリーズは、Gpixel の GSPRINT シリーズを活用しています。 HZ-2000-G (2.5MP GSPRINT4502、3462fps)、 HZ-10000-G (10MP GSPRINT4510、1000fps)、および HZ-21000-G (21MP GSPRINT4521、542fps)。

図1： スキャン トンネルはマシン ビジョン テクノロジーを利用して、バーコードを高速で読み取り、品質検査を行います。

特定の用途では、ライン スキャン カメラをラベルの検査および検証タスクに使用することもできます。 1990年代には、 ヴィトロニック は、UPS の世界最大の小包配送センターに小包識別テクノロジーを導入しました。ベルトコンベア上を移動する小包のバーコードやラベルを読み取るビトロニックの固定ラインスキャンカメラシステムで読み取れなかった小包を、作業員が手作業でコード化した。現在でも、同社は Vipac 識別システムにライン スキャン カメラを導入しており、人間の作業者の代わりにマシン ビジョン ソフトウェアを利用して、読み取りが難しいバーコードの識別率を 100% に近いものにしています。

今日の高速パッケージング環境では、Emergent の 10GigE、25GigE、および 100GigE ライン スキャン カメラ ファミリを確実に導入して、コピーゼロ、データ損失ゼロのイメージング機能を提供できます。モデルの範囲は次のとおりです。 4K LR-4KG35 10GigE ラインスキャンカメラ 172KHzまでの通信が可能 LZ-16KG5 100GigE ラインスキャンカメラ、400KHzに達する可能性があります。

あらゆる種類の企業は、マシンビジョンと自動化テクノロジーを利用して一次および二次包装を検査し、製品の品質を確保し、漏れを防ぎ、製品リコールを排除し、最終的に顧客満足度を維持しています。製品パッケージの種類は業界によって大きく異なりますが、品質管理を目的とした内容物の検査と検証は一般的な用途です。ここでの例は次のとおりです。 

• ブリスターパックの検査: ブリスターパックは、プラスチックまたはアルミニウムで作られたキャビティと、通常プラスチック、紙、アルミニウム、またはソフトフォイルタイプのラミネートで作られた蓋を備えた、予め形成されたプラスチックパッケージです。キャビティには製品が入っており、蓋は製品をパッケージ内に密封します。ブリスター パックは通常、食品や飲料、または消費者向けの包装品に使用され、おもちゃから医薬品まであらゆるものを入れることができます。エリア スキャン カメラやソフトウェアを含むマシン ビジョン テクノロジは、これらのパックの内容を検証すると同時に、パッケージが無傷で適切に密封されていることを確認します。これを怠ると重大な結果が生じる可能性があります。場合によっては、特に包装が均一でない場合、プラスチックからの反射により、プラスチックのブリスターパックの検査が困難になることがあります。このような場合、Emergent の偏光カメラを使用すると、たとえばパッケージの完全性の確認や錠剤の破損の検査に必要なコントラストをさらに高めることができます。プラスチックが不透明な場合は、Emergent の SWIR カメラを導入して、密封された製品の内部を検査できます。偏光と SWIR については以下で詳しく説明します。 
• キッティング: 製造環境では、キッティングとは、食品、医薬品、ペット用品、ファッション、その他の消費財などの製品をより大きなパッケージに梱包して顧客に発送することを指します。エリア スキャン カメラ、スマート カメラ、ソフトウェア ツールなどのマシン ビジョン テクノロジを使用すると、医療用品キットなどの品目を検査して、すべての品目がパッケージ内にあり、正しい場所にあり、顧客に出荷できる状態にあることを確認できます。

大規模な梱包作業では、パッケージが出荷前にパレット化のために適切なラインに送られることを保証するために、マシン ビジョン システムを導入することがよくあります。企業は、破損したパッケージがラインに送られて店頭に並ぶことを望まないため、エリア スキャン カメラ、スマート カメラ、ソフトウェアなどのビジョン システム テクノロジを利用して、入荷した箱を検査し、化粧品による箱の再梱包が必要ないことを確認します。へこみ、傷、亀裂などの欠陥または損傷。これらのテクノロジーを使用して、バーコードや QR コードを高速で読み取ることもでき、たとえば、正しい種類のスープが正しい包装ステーションに確実に送られるようにすることができます。ラインの最後では、マシン ビジョン テクノロジーによってパレットの数、有効期限、製品タイプも記録できるため、出荷ラベル情報を通知したり、重要なデータを会社のエンタープライズ リソース プランニング (ERP) システムに入力したりするのに役立ちます。 

企業は、梱包プロセス全体を通じて、梱包が安全であり、風評被害につながる可能性のある異物や汚染物質が含まれていないことを確認する必要もあります。エリア スキャン カメラ、スマート カメラ、マシン ビジョン ソフトウェアは、梱包プロセス中に自動検査を実行することで、梱包作業でこのシナリオを回避するのに役立ちます。 Emergent のカメラ ファミリは、今日の包装検査システムに必要なデータ損失ゼロ、コピー不要の画像転送機能を提供し、マルチカメラのセットアップとリアルタイム処理に不可欠な最小限の CPU オーバーヘッドで効率的な画像転送を保証します。

場合によっては、これは SWIR カメラを使用して、たとえば不透明なホイルに包まれたクッキーの容器の内部を検査することを意味する可能性があります。などのカメラ HE-300-SI, HE-1300-SI, HE-3200-SI, HE-5300-SI – これは、Eros 5GigE カメラ シリーズの一部であり、先進的なセンサーである Sony の SenSWIR センサーを活用しています。 400 ～ 1700 nm の範囲で画像をキャプチャできます。これらのカメラは、Sony の 0.33MP IMX991、1.31MP IMX990、3.14MP IMX993、および 5.24MP IMX992 センサーをベースにしています。

パッケージング環境内の他のいくつかの用途では、キャップがタンパーリングと位置合わせされていることを確認するためのキャップ閉鎖検査など、SWIR カメラの使用が必要になる場合があります。欠陥のある、または許容できないボトル、瓶、またはその他の容器（キャップ​​またはタンパーリング（またはその両方）の欠落、キャップの不適切な改ざん、その他のキャップの欠陥など）は、リコール、廃棄、再作業につながる可能性があります。マシン ビジョン カメラとソフトウェアを使用すると、キャップとタンパー バンドの存在と位置だけでなく、キャップの色と適切な閉まり具合も確認できます。さらに、可視波長カメラとソフトウェアを使用して、透明ボトルと着色ボトルの充填レベル検査を実行できます。

図2： 充填レベル検査アプリケーションでは、マシン ビジョン テクノロジーを使用して充填レベルを検証し、場合によっては SWIR カメラを使用します。

ボトルや容器が不透明な用途など、特定の用途では、Emergent の SWIR カメラは 400 ～ 1700 nm の範囲で画像をキャプチャし、可視光カメラでは確認できない充填レベルを確認できます。さらに、パッケージによっては、誘導シールやバンドシールなどの熱シール技術を使用する場合があります。このような場合、製品の安全性と品質にリスクが生じるため、製品が不適切に密封されている場合は顧客に出荷すべきではないため、企業は赤外線カメラを活用して適切な密封を検査できます。

食品、化粧品、消費財など、さまざまな種類の商品がプラスチックに包まれて届きます。パレタイジングして出荷する前に包装されたパッケージを検査する前であっても、プラスチック包装自体がマシンビジョンシステムによって検査されている可能性があります。印刷中の破れ、破れ、破損は経済的および生産性の損失につながる可能性があるため、プラスチック印刷の品質検査は重要なステップとなります。ウェブ検査システムは、Emergent Vision Technologies の高速ライン スキャン カメラを活用してプラスチックを高速で検査し、出荷前に欠陥の可能性を特定します。

図3： マシン ビジョン テクノロジーは、シュリンク ラップ自体を検査しながら、シュリンク ラップを通してパッケージの内容物を検査できます。

プラスチックに関連する他の種類の検査でも、プラスチック包装が適用された後のパッケージ内の内容物の検査と検証や、プラスチック包装自体のシールの完全性の検査など、マシンビジョン技術の恩恵を受けることができます。透明なプラスチック包装を通してパッケージの内容物を検査するには、可視波長領域スキャン カメラとソフトウェアを使用できます。包装が不透明な場合は SWIR カメラを使用できます。 

別の用途には、製品の梱包後にプラスチックシュリンクラップ自体を検査して、破れや異物が存在しないことを確認することが含まれます。ただし、透明なプラスチック ラップの検査には、光沢があり反射する性質があるため、課題が伴います。などの偏光カメラ HR-12000-SP  および HR-5000-SP 汚れ、隆起、傷、曲がりなどの表面の欠陥を検出するのに役立ちます。これらのカメラは、ソニーの 5MP Sony IMX250MZR (モノラル) と IMX250MYR (カラー)、および 12MP Sony IMX253MZR (モノラル) と IMX253MYR (カラー) をベースにしています。このセンサーは、すべてのレンズ上に微細なワイヤーグリッド偏光子を備えており、0 つのピクセル グループで 45°、90°、135°、4°の偏光角を持っています。グループは補間され、センサーの全体的な機能解像度が XNUMX 分の XNUMX に低下します。言い換えれば、各 XNUMX ピクセル ブロックは出力の XNUMX ピクセルに相当します。

Emergent は、GPUDirect を使用して、ゼロ コピーおよびゼロ ロス テクノロジーで画像を GPU に直接取得する eCapture Pro ソフトウェア用のプラグインを開発しました。このプラグインには、偏光度、偏光の方向や角度など、標準偏光処理パイプラインの特性出力の利点をレビューするオプションが含まれています。エンドユーザーは、偏光を削除したり、0 つの方向オプション (45°、90°、135°、または XNUMX°) のいずれかを出力するように選択したりすることもできます。

Emergent は、すべての高速、高解像度の GigE Vision カメラにおいて、独自のカメラやポイント カメラに依存するのではなく、最適化された GigE Vision アプローチとユビキタス イーサネット インフラストラクチャを使用して、信頼性が高く堅牢なデータの取得と転送を行うことにより、クラス最高のパフォーマンスを保証します。ツーポイントインターフェイスと画像取得ボード。さらに、Emergent は、NVIDIA のような直接転送テクノロジをサポートしています。 GPUダイレクト, これにより、画像を GPU メモリに直接転送できるようになり、システムの CPU とメモリに対する大規模なデータ転送の影響が軽減されます。このようなセットアップでは、GigE Vision 標準との互換性および準拠ソフトウェアおよび周辺機器との相互運用性を維持しながら、より強力な GPU 機能をデータ処理に活用します。

GigE Vision 標準内での伝送制御プロトコル (TCP) またはリモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA) および RDMA over Converged Ethernet (RoCE) の使用につながる問題の 1 つは、受信側でイーサネット パケットを分析して提供する必要があることです。画像データを連続した形式でアプリケーションに送信するには、イーサネット パケット ヘッダーを分割する必要があります。これはソフトウェアを使用して行うことも可能ですが、3 倍のメモリ帯域幅とより高い CPU 使用率が必要になります。 RDMA ユーザーは、従来の GigE Vision と RDMA の長所と短所を議論するときに宣伝します。 

Emergent Vision Technologies は、ゼロコピー画像転送アプローチを活用しています。これは、高速イメージングにおける最高のパフォーマンスの必須要件となっています。このアプローチでは、現在のネットワーク インターフェイス カードで利用可能な組み込みの分割機能を使用して、CPU とメモリの帯域幅を最小限に抑えます。このアニメーションは、ゼロコピー イメージ転送用に最適化された GigE Vision Stream Protocol (GVSP) を使用するシステムのゼロコピー メモリ帯域幅の使用状況を示しています。アニメーションの最初の部分は、システムが最適化されておらず、NIC のバッファーがオーバーフローすることを示しています。一方、2 番目の部分は、ゼロコピーとシステム最適化によってデータが自由かつ確実に流れることを示しています。

追加のカメラオプションについては、こちらをご覧ください。 インタラクティブなシステムデザイナーツール。