包装检测：利用机器视觉确保产品质量和安全

长期以来，包装检测一直是一项关键任务，使用机器视觉技术的自动化检测系统可以成功解决这一问题。许多行业都受益于包装检测，包括制药、医疗器械、烟草、食品和饮料以及一般消费品。对包装质量问题（例如标签的存在和位置、变形或错误成型的容器、填充水平等）进行机器视觉验证，可确保产品的美观质量和消费者满意度。

更重要的是，检查可以验证日期/批次/产品代码是否正确且清晰地打印，或者确保容器标签代表包装中的实际产品，或者检查包装密封和安全组件是否正确且完整。对于向消费者提供安全的产品至关重要。验证正确、完整和优质的包装还可以降低生产成本，并有助于避免昂贵的产品召回。虽然当今的包装环境中存在许多类型的机器视觉应用程序，但以下内容着眼于这些系统增加价值的一些常见方式。

在标签检查和验证方面，机器视觉技术可以完成多种不同类型的任务。这些技术可以检测标签是否存在，确保产品标签正确，并验证标签是否完整以及产品是否已准备好运输。此外，这些技术可以确保标签位于正确的位置，检测污迹等缺陷，并验证警告标签或徽标是否存在。通过使用这项技术，公司可以确保产品的可追溯性和产品质量，同时提高生产率并最大限度地降低风险。

虽然条码扫描仪、智能相机和软件工具可以在许多不同的场景中完成其中多项任务，但区域扫描相机和 线扫描相机 也可能会被部署。例如，如果一家公司拥有一个视觉引导机器人，可以对包裹和箱子进行码垛以便运输，但还想添加标签检查和验证工具，则软件可以使用从现有相机获取的图像来实现此目的。 机器视觉相机 通常还提供比条形码读取设备更高的速度和分辨率，这有助于在托盘移动或从远处成像时采集图像。

对于需要可靠图像传输且不丢包或丢帧的包装检测应用，Emergent Vision Technologies 相机支持优化的 GigE视觉 流协议（GVSP）方法。这意味着所有 Emergent 相机都提供零复制图像传输和零数据丢失成像功能，从而确保以最小的 CPU 开销实现高效图像传输，这对于多相机系统和实时处理至关重要。

Emergent 的 5GigE、10GigE、25GigE 相机和 100GigE 相机采用最新的 Sony Pregius S 和 Gpixel CMOS 传感器，为该应用和许多其他包装检测应用提供从 0.5MP 到 100MP+ 的全方位选项，无论它们是否需要高速、高分辨率，或两者兼而有之。我们的 5GigE Eros 和 10GigE HR 系列相机采用以下 Sony Pregius S CMOS 图像传感器： 

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

25GigE Bolt 系列还利用了 5.1MP IMX537 HB-5000-SB (269fps)，8.1MP IMX536 HB-8000-SB (201fps)，12.3MP IMX535 HB-12000-SB (192fps)，20.28MP IMX531 HB-20000-SB，以及其 24.47MP IMX530 HB-25000-SB （98 帧/秒）。选项范围一直到 真力时 HZ-100-G 100GigE 相机 （103.7MP Gpixel GMAX32103）和 Bolt HB-127-S 25GigE 相机 （127.7MP 索尼 IMX661）相机。此外，虽然大多数应用可能不需要这样的速度，但 Zenith 100GigE 相机系列在 HZ-2000-G （2.5MP GSPRINT4502，3462fps）， HZ-10000-G （10MP GSPRINT4510，1000fps），以及 HZ-21000-G （21MP GSPRINT4521，542fps）。

图1： 扫描隧道利用机器视觉技术进行条形码读取和高速质量检查。

对于某些应用，线扫描相机还可用于标签检查和验证任务。在1990世纪XNUMX年代， 维创力 在 UPS 全球最大的包裹配送中心安装了包裹识别技术。工人们手动对 Vitronic 固定线扫描摄像头系统未读取的包裹进行编码，该系统读取传送带上移动的包裹上的条形码和标签。如今，该公司仍在其 Vipac 识别系统中部署线扫描相机，并利用机器视觉软件代替人工来处理难以读取的条码，实现了接近 100% 的识别率。

对于当今的高速包装环境，可以可靠地部署 Emergent 的 10GigE、25GigE 和 100GigE 线扫描相机系列，以提供零复制、零数据丢失的成像功能。型号范围从 4K LR-4KG35 10GigE 线扫描相机 能够172KHz到 LZ-16KG5 100GigE 线扫描相机，可以达到400KHz。

所有类型的企业都依靠机器视觉和自动化技术来检查初级和次级包装，以确保产品质量、防止泄漏、消除产品召回，并最终保持客户满意度。不同行业的产品包装类型差异很大，但用于质量控制目的的内容检查和验证是常见的应用。这里的例子包括： 

• 吸塑包装检查： 泡罩包装是预成型的塑料包装，具有由塑料或铝制成的腔体和通常由塑料、纸、铝或软箔型层压材料制成的盖子；空腔包含产品，盖子将产品密封在包装中。泡罩包装通常用于食品和饮料或消费品，可以容纳从玩具到药品的任何物品。包括区域扫描相机和软件在内的机器视觉技术可以验证这些包装的内容，同时确保包装完好无损并正确密封，否则可能会产生严重后果。在某些情况下，由于塑料的反射，检查塑料泡罩包装可能会很困难，尤其是当包装不平坦时。在这些情况下，使用 Emergent 的偏光相机可以帮助创建检查包装完整性或检查损坏的平板电脑所需的额外对比度。如果塑料不透明，可以部署 Emergent 的短波红外相机来检查密封产品的内部。有关偏振和短波红外的更多信息请参见下文。 
• 配套： 在制造环境中，配套是指将食品、医疗用品、宠物用品、时装或其他消费品等产品包装成较大的包装，然后运送给客户。机器视觉技术（包括区域扫描相机、智能相机和软件工具）可以检查医疗用品套件等物品，以确保每件物品都在包装中、位于正确的位置并且状态良好，可以运送给客户。

较大的包装业务通常会部署机器视觉系统，以确保在运输前将包裹发送到正确的生产线进行码垛。公司不希望损坏的包裹被送到商店货架上，因此视觉系统技术（例如区域扫描相机、智能相机和软件）有助于检查传入的盒子，以确保盒子不会因外观问题而需要重新包装。缺陷或损坏，例如凹痕、划痕或裂纹。这些技术还可用于高速读取条形码或二维码，以确保将正确类型的汤发送到正确的包装站。在生产线末端，机器视觉技术还可以记录托盘数量、有效期和产品类型，这有助于提供运输标签信息并将关键数据输入公司的企业资源规划 (ERP) 系统。 

在整个包装过程中，公司还必须确保包装安全且不含任何可能导致声誉受损的异物或污染物。区域扫描相机、智能相机和机器视觉软件可以通过在包装过程中执行自动检查来帮助包装操作避免这种情况。 Emergent 的相机系列提供当今包装检测系统所需的零数据丢失、零复制图像传输功能，确保以最小的 CPU 开销实现高效图像传输，这对于多相机设置和实时处理至关重要。

在某些情况下，这可能意味着使用短波红外相机来检查用不透明箔纸包裹的饼干容器的内部。相机如 HE-300-SI, HE-1300-SI, HE-3200-SI及 HE-5300-SI – 这是 Eros 5GigE 相机系列的一部分 - 利用索尼的 SenSWIR 传感器，这是先进的传感器 能够捕获 400 至 1700 nm 范围内的图像。这些相机基于索尼的 0.33MP IMX991、1.31MP IMX990、3.14MP IMX993 和 5.24MP IMX992 传感器。

包装环境中的其他几种应用可能需要使用短波红外相机，包括瓶盖闭合检查，以确保瓶盖与防盗环对齐。有缺陷或不合格的瓶子、罐子或其他容器——可能缺少瓶盖或防盗环（或两者兼而有之）、对瓶盖的不当篡改或其他有缺陷的瓶盖——可能会导致召回、浪费和返工。机器视觉相机和软件不仅可用于验证盖子和防盗带的存在和位置，还可用于验证盖子的颜色和正确闭合。此外，可见波长相机和软件可以对透明和有色瓶子进行液位检查。

图2： 液位检测应用涉及使用机器视觉技术来验证液位，有时还使用短波红外相机。

在某些应用中，例如瓶子或容器不透明的应用，Emergent 的 SWIR 相机可以捕获 400 至 1700 nm 范围内的图像，以验证可见光相机无法验证的填充水平。此外，一些包装可能使用热密封技术，例如感应密封或带密封。在这些情况下，如果密封不当，则不应将产品运送给客户，因为它们会带来产品安全和质量风险，因此公司可以利用红外摄像机来检查密封是否正确。

许多类型的产品，包括食品、化妆品和消费品，在到达时都是用塑料包装的。即使在码垛和运输之前检查包装的包装之前，塑料包装本身也可能已经通过机器视觉系统进行了检查。印刷过程中的撕裂、撕裂和断裂可能会导致经济和生产力损失，因此塑料印刷质量检查成为重要的一步。卷材检测系统可以利用 Emergent Vision Technologies 的高速线扫描相机对塑料进行高速检测，以在发货前识别可能的缺陷。

图3： 机器视觉技术可以通过热收缩包装检查包装内容，同时也可以检查热收缩包装本身。

涉及塑料的其他类型的检查也受益于机器视觉技术，包括在应用塑料包装后检查和验证包装内的内容物以及检查塑料包装本身的密封完整性。通过透明塑料包装检查包装内容物可以使用可见波长区域扫描相机和软件来完成，而如果包装不透明，则可以使用短波红外相机。 

另一种应用涉及在产品包装后检查塑料收缩包装本身，以确保不存在撕裂或异物。然而，由于透明保鲜膜的光泽和反光特性，检查透明保鲜膜面临着挑战。偏振相机，例如 HR-12000-SP 和 HR-5000-SP 可以帮助检测表面缺陷，如污垢、凹凸、划痕和弯曲。这些相机基于索尼的 5MP Sony IMX250MZR（黑白）和 IMX250MYR（彩色）以及 12MP Sony IMX253MZR（黑白）和 IMX253MYR（彩色）。该传感器的每个镜头上都配有微型线栅偏振器，四像素组的偏振角分别为 0°、45°、90° 和 135°；这些组被插值，将传感器的整体功能分辨率降低了 4 倍。换句话说，每个四像素块相当于一个输出像素。

Emergent 为其 eCapture Pro 软件开发了一个插件，该插件使用 GPUDirect 通过零复制和零丢失技术将图像直接传输到 GPU 上。该插件包含用于查看标准偏振处理管道的特征输出（例如偏振度或偏振方向或角度）的优点的选项。最终用户甚至可以去除偏振光或选择输出四个方向选项之一 - 0°、45°、90° 或 135°。

在其所有高速、高分辨率 GigE Vision 相机中，Emergent 通过使用优化的 GigE Vision 方法和无处不在的以太网基础设施来确保可靠、稳健的数据采集和传输，而不是依赖专有或点对点网络，从而确保一流的性能。点对点接口和图像采集板。此外，Emergent 支持直接传输技术，例如 NVIDIA 的 GPU直连, 它可以将图像直接传输到 GPU 内存，从而减轻大数据传输对系统 CPU 和内存的影响。此类设置利用更强大的 GPU 功能进行数据处理，同时保持与 GigE Vision 标准的兼容性以及与兼容软件和外设的互操作性。

导致在 GigE Vision 标准中使用传输控制协议 (TCP) 或远程直接内存访问 (RDMA) 和融合以太网 RDMA (RoCE) 的问题之一是需要在接收器处解析以太网数据包以提供将图像数据以连续的形式传输到应用程序，这需要拆分以太网数据包标头。使用软件可以做到这一点，但需要三倍的内存带宽和更高的 CPU 利用率，这是 RDMA 用户在讨论传统 GigE Vision 和 RDMA 的优缺点时大肆宣扬。 

Emergent Vision Technologies 采用零拷贝图像传输方法，这已成为高速成像顶级性能的必备要求。这种方法通过使用当前网络接口卡中可用的内置拆分功能来最大限度地减少 CPU 和内存带宽。该动画显示了使用优化的 GigE 视觉流协议 (GVSP) 进行零拷贝图像传输的系统的零拷贝内存带宽使用情况。动画第一部分显示系统未优化，网卡缓冲区溢出，第二部分通过零拷贝和系统优化，显示数据自由可靠地流动。

如需其他相机选项，请查看我们的 交互式系统设计工具。