包装线上的机器视觉

从机器愿景的最早日期，技术已被用于解决包装线上的应用。即使是最原始的机器视觉技术也能够执行相对简单的任务，如验证标签在包装上的验证，它是直的，并且盖子在容器上。挑战是，以相当简单的术语描述了项目或应用程序（表明简单的机器视觉技术是足够的），并且作为从事应用程序的一个清楚的是，比早期的大多数简单机器视觉方法更具变量更多天数可以处理：底座包装的各种颜色（色调，饱和，强度），与标签相关的各种颜色（色调，饱和度，强度），吞吐量，一些错误登记是可接受的，所涉及的疑虑，是标签正确的一个，包装的呈现的重复性等。

结果通常需要更严格的机器视觉技术。在一个早期的情况下，我记得，虽然颜色很重要，但允许实际的阴影变化很大。在试图应用一个能够检测到微妙的灰色阴影变化的系统时，随着包装者改变了包装批次并呈现了一个具有轻微阴影变化的完全可接受的包装，视觉系统将继续拒绝线路下来的一切。对于每批变化，它必须进行微调，并且多次在运行单个批次期间接受微妙的阴影变化。不用说这不是成功。

早期的另一个主要挑战是系统的成本。即使是最原始的系统(例如，根据背景像素/前景像素的变化做出决定)也要花费2.5万美元以上。我说更高，是因为这是基本硬件本身的价格。由于几乎每一个应用都需要开拓性的努力，工程成本经常是包装线应用价格的两倍。

从事这些早期包装生产线的应用，观察工厂最终需要装备另外20条生产线，总是很有趣的。顺便说一下，这只是10种植物中的一种。不用说，销售人员总是有大的佣金的愿景!问题是，虽然当地的工厂经理通常可以决定5万美元的投资，但当你开始谈论装备20条生产线时，这样一个项目的总资本预算现在是100万美元——远远超过大多数工厂经理可以批准的。因此，需要一个公司的决定，并给予相同的钱的其他选择;这个决定往往不利于机器视觉在工厂内的扩散。

当然，如今情况已不再如此。包装生产线上的大多数机器视觉应用程序都可以在2万美元以下完成，其中包括工程成本。考虑到包装线应用特定软件的可用性，许多公司能够与内部人员进行安装。今天的机器视觉系统可以有效地保证性能的每一个操作的包装线:标签，填充物，封盖机，纸箱，等。

为了了解包装线机器视觉应用的当前前景，我们要求提供解决这类应用的系统的公司完成一份调查问卷。以下是接受我们邀请参与本文的下列人士的回应。

• Blake DeFrance，康耐视视觉传感器产品营销专家
• 本·道森，战略发展总监。DALSA IPD
• Jim Anderson, SICK, Inc.机器视觉产品经理
• Jeff Snyder，西门子能源和自动化公司视觉产品推广员

1.您能总结一下机器视觉技术在包装生产线上的应用吗?
[Blake DeFrance - Cognex]在过去的25年里，康耐视已经解决了包装生产线上各种各样的检验应用。最常见的应用包括:

• 检查标签(是否存在、撕破、打印质量、OCV/OCR)
• 检查罐头、盒子和纸箱是否有凹痕或未闭合的盖子
• 检查安全密封的存在和正确的应用
• 检查盖是否存在或歪斜的应用
• 通过OCV / OCR或ID软件工具将产品与标签匹配
• 检查包装箱的所有部件装配位置是否正确
• 引导机器人进行拣选和放置或码垛操作
• 检查瓶子或容器的液体填充水平

[Ben Dawson - DALSA IPD]消费品和药品包装。

[Jim Anderson - SICK, Inc.]SICK利用机器视觉和视觉传感器解决了包装生产线上的一些应用。应用包括在中性药品包装上使用SICK CVS4视觉传感器和IVC-2D智能摄像机验证打印日期码，以及使用SICK CVS1-Easy验证标签放置。SICK还拥有额外的能力，以我们广泛的视野和其他标准光电解决方案解决许多应用，使我们在试图解决客户的应用时更加灵活。

[Jeff Snyder -西门子]我已经根据行业分组了示例包装应用程序:

制药
1.检查日期/地段代码(OCV)
主要标签
纸箱
托运人
泡罩盖
袋

日期/批次代码几乎总是在线打印的。我们已经检查了
以下类型的网上印刷:

热邮票
热
戴面具的激光
激光划线
垫
连续喷墨
滚筒
惠普喷墨

2.组件ID (OCV，以确保使用正确的组件)
主要标签
纸箱
插入/ outsert
托运人
泡罩盖
袋

3.印刷质量检验(PQI)
临床试验的标签
泡罩盖

4.组件ID(非OCV)
主要标签
一维条形码
数据矩阵
RSS代码
纸箱
一维条形码
数据矩阵
RSS代码
插入/ outsert
一维条形码
数据矩阵
RSS代码
袋
一维条形码
数据矩阵

5.符号印刷质量验证
通过ANSI标准的条形码
数据矩阵通过AIM, ISO 16022和ISO 15415

6.明亮的股票
可见数据矩阵
紫外线数据矩阵

7.罩板包装
缴纳日期/很多代码
组件代码OCV.
劲永国际
平板电脑的存在
正确的平板电脑
泡印注册

8.成品检验
标签存在/位置
帽存在/位置
填补水平
平板电脑的存在
压接检查
纸箱内容

9.其他
标签注册控制
容器取向
是否有吸入药物粉剂
卷曲瓶盖的圆度

烟草
1.成品卷烟包装检验
2.日期代码检查
3.通过OCV验证正确组件
4.回收烟盒的包装分类

医药包装
1.设备完整性
2.通过数据矩阵序列化
3.组件ID通过数据矩阵

一般的包装
1.检查日期/地段代码(OCV)
化妆品
许多激光直接在产品上打码

2.组件ID (OCV，以确保使用正确的组件)
洗发水
汤罐头
个人护理产品(除臭剂等)

3.组件ID(非OCV)
一维条形码
数据矩阵代码

4.符号印刷质量验证
通过ANSI标准的条形码
数据矩阵通过AIM, ISO 16022和ISO 15415

5.序列化
个人护理产品通过数据矩阵代码

6.其他
纸箱上胶印
用红外光(可穿透黑色玻璃瓶)填充水平仪
塑料瓶盖缺陷及内衬完整性
填补水平
化妆品成分存在

2.你处理过的最困难的包装线应用是什么?为什么?需要克服的具体应用问题(吞吐量，包装变量[外观和位置]处理，线集成问题，等等)是什么?你是如何克服这些挑战的?
(本)检查标签质量，阅读日期，批号和药瓶上的条形码。检查速度快，瓶子可以在垂直轴的任何角度位置，标签检查必须详细。当瓶子通过扫描线相机扫描标签时，它们被机械旋转。然后，DALSA的Sherlock™软件对齐并打开标签进行检查和阅读。

(吉姆)SICK IVC-3D使我们能够解决许多应用，否则这些应用几乎是不可能的。一个被证明是非常困难的应用是面团在传送带上的确认和测量。因为面团的摆放是随机的，顾客不仅需要面团在x方向的长度，而且还需要面团的实际长度，即使面团是弯曲的或“S”形的。该线路的速度相当高，客户需要的数据量证明只能用SICK IVC-3D相机解决。这是由于相机能够根据高度跟踪滚动——即使是在困难形状的情况下。

(杰夫)吸塑机应用，需要完整的OCV和PQI盖子材料，并打印到吸塑检验和相关纸箱的组件ID。盖子材料是特卫克类型或箔材料。压版机用来打印封盖材料上的所有信息。使用OCV工具检查日期/批号和剂量。使用PQI工具检查所有其他文本和图形。网宽约210毫米。互联网上使用了四台高分辨率区域摄像头。每70毫米的网络旅行就会触发摄像头。

在单个泡被模切后，盖子材料登记检查泡的边缘。这是为了确保热成型机没有丢失它的注册，并且要求的文本出现在每个水泡上。最后，纸箱上的数据矩阵代码被检查，以确保正确的纸箱正在被使用。

(布雷克)康耐视最近处理了四个具有挑战性的包装应用。这些都是高速应用，更苛刻的检查，有限的空间要求，以及腐蚀性的食品和饮料环境。

制造商在提高产量的同时提高质量的需求是我们开发更高速度视觉传感器(如新的InSight 5600平台)的驱动力。该传感器处理数据的速度是我们之前视觉传感器的两倍多，因此允许制造商以更快的速度执行检查，或使用额外的软件工具检查每幅图像的更多特征。

更高要求的检查在这里被定义为那些需要更高的视觉传感器分辨率来处理的检查。例如，如果传感器必须放置在远离被检测目标的地方，那么传感器的分辨率必须提高，以正确成像目标特征。为此，康耐视开发了高达1600 x 1200像素的分辨率。

康耐视解决的第三个困难应用是当今工厂普遍存在的空间可用性有限。为了更有效地利用昂贵的生产空间，机器的占地面积缩小了，这迫使自动化部件制造商设计更小的设备。为了满足这一需求，康耐视开发了一种“远程头部”视觉传感器，可以将微型远程摄像机头部放置在检查区域，与视觉处理器分离。

在许多食品和饮料生产设施中发现了最终的挑战性包装环境。这些设施通常要求使用可能腐蚀的液体“清洗”生产线。康威克设计设计了所有洞察家庭，是IP-67，以承受厂房上的正常磨损和撕裂。此外，该公司在“不锈钢”版本中提供了几种最流行的视觉传感器，这是苛刻的化学物质的不受欢迎，并被包围在光滑的外壳中以抵抗被困的污垢或杂质。

3.您能简要描述一下包装生产线应用的解决方案吗?具体的机器视觉硬件(帧捕捉器，智能相机，嵌入式视觉处理器等)，照明安排，相机细节?,为什么?
(吉姆)SICK的CVS视觉传感器系列外壳评级为ip67，这使得它们可以用于包装设施的几乎每个领域的应用。IVC-3D摄像机具有高级别的IP 65，以及即将发布的IP 69K外壳，使其成为最恶劣环境的理想选择。

(杰夫)西门子在包装线解决方案中使用了广泛的机器视觉产品。这包括独立的视觉传感器、智能摄像头和基于个人电脑的系统。硬件的选择通常是由应用需求以及行业特定需求(如21cfr Part 11)驱动的。

例如，MV220区域颜色传感器可用于根据颜色验证正在使用的组件是否正确。MV230轮廓传感器可用于验证基于z轴轮廓的存在。HawkEye 1500系列智能相机可用于数据矩阵和1D条码读取和打印质量验证。HawkEye 1600系列智能摄像机可以使用完整的西门子Visionscape机器视觉工具包进行独立视觉检查。基于PC的Visionscape系列产品包括帧抓取器、加速帧抓取器和嵌入式视觉处理器。Visionscape I-Pak是一款针对制药行业的垂直产品，其用户界面是为制药和包装市场量身定制的。

通过Siemens Nerlite，我们可以访问广泛的基于LED的照明解决方案，包括专利设备，如CDI（连续漫射照明器）。与大多数机器视觉应用一样，照明非常适用于依赖性。许多包装应用的常见线程是使用白光，以便可以检查产品图形。例如，在具有红色图形的标签上使用红色LED源使红色标签图形显示为白色。此外，现在提供了更明亮的LED，使LED照明大面积更加实用。

(布雷克)参见上面的问题2。

(本)DALSA制造相机、帧捕捉器、视觉设备、嵌入式视觉处理器和视觉软件。我们的iLabel™软件运行在视觉设备™硬件上(一个带有视觉处理和远程摄像机的小型嵌入式系统)，并用于大多数包装线检测。具有挑战性的应用程序可以利用性能更高的硬件、软件和摄像头。

4.在机器视觉包装线应用项目中，客户的作用是什么?
(杰夫)为了确保应用程序的成功，客户需要扮演几个非常重要的角色。以下是最关键的几点:

1.创建一个描述应用程序和允许项目被认为完成的参数的规范。描述决定成功的因素。
2.提供一套完整的样品，显示好的，坏的和边缘的例子。
3.积极参与申请评估和解决方案评审过程。
4.为安装提供及时进入包装线的通道。
5.确保操作人员能够接受培训。
6.指派和培训至少一个人成为视觉专家。

(布雷克)康耐视在评估包装线上的机器视觉应用时，客户扮演着重要的角色。作为供应商，重要的是我们要了解“大局”。对于任何一条生产线，我们都能牢牢把握客户的总体目标，从而提出客户可能没有指定的解决方案。

此外，很多时候生产问题是由我们的销售团队转交给我们的软件和硬件设计人员在下一代产品中考虑的。

除了在设施中给予Rognex的一大局生产目标的大图案，如果客户可以为视觉应用程序定义坚固的边界是有帮助的。可以提出更明显的特定问题，可以提出更精确和快速的解决方案。例如，优先考虑视觉系统可以解决“A”或“B”类别的问题类型是有用的。这样，供应商可以专注于解决最关键的问题，并推荐将在未来为“B”问题工作的解决方案。

(本)简单的包装检验(标签质量，标签存在，位置，条形码，日期和批次代码阅读，“旗帜”和撕裂的标签，等等)可以由客户使用我们的iLabel软件快速建立。更有挑战性的包装线检查，例如高速或多个协调视图的检查，通常是与愿景集成商或经销商和客户合作开发的。

(吉姆)客户的作用是定义要完成的检查的参数和要求。在某些情况下，客户甚至将充当应用程序的集成商。这些案例往往是在视觉传感器是解决方案的简单应用和应用上。

5.包装线机器视觉系统的购买者会犯哪些错误?
(布雷克)通常，视觉系统的购买者并不完全考虑解决视觉应用程序的长期跟踪记录的重要性。当一家愿景公司有解决类似问题的广泛历史时，不仅实施的时间会更快，而且学习曲线也会加快。一个经验丰富的销售队伍和证明，快速的售后支持与一个成功的安装携手同行。这是任何成功组织的特征，包括机器视觉供应商。有时候，当远景被实现到打包应用程序中时，客户并不考虑他们的迁移路径。例如，公司在三到五年内的目标是什么，愿景供应商是否拥有满足这些目标所需的产品和支持?那么低水平的视觉应用呢?供应商是否提供足够的产品宽度以满足不同层次的视觉应用复杂性?通常，只专注于视觉的公司才有足够的产品广度，而不是将视觉与其他自动化产品(如控制或光电传感器)一起涉足。

(本)我认为两个常见的错误是影响产品的视觉系统的观点通过添加视觉一个现有的行,和判断字符由人类标准——一个倾斜的可读性,涂抹点阵镜面材料上印刷日期代码可能被人类阅读一些努力,但不是由机器视觉系统可靠性高。

(吉姆)机器视觉解决方案买家制造的最常见错误之一是专注于采购特定硬件组件的成本。重要的是要查看应用程序解决方案的整个成本不仅仅是硬件。在许多情况下，硬件成本只是应用解决方案的整个成本的一小部分，并且在制作机器视觉时，应考虑解决方案的成本节省。

(杰夫)
1.在制药行业，与有经验的供应商打交道是至关重要的。验证问题、FDA符合性和行业知识对于确保项目成功至关重要。药品应用中的通用产品在执行验证时通常会有隐藏的成本和延迟。
2.对于在一条生产线上运行多种产品的应用程序，必须向视觉供应商提供所有产品的样品。相机的视野和照明必须设计，以便所有产品都能被检查。
3.虽然规范的准备和批准可能会耗费大量时间，但这是定义项目、期望和成功因素的一个文档。
4.照明是一个成功的机器视觉项目中最重要的一个方面。对所有应用程序进行彻底的照明评估。

6.您预计在未来2 - 3年内，机器视觉技术(视觉引擎、照明、摄像头)会有哪些变化?
(本)灯光对于机器视觉来说总是很重要的，不仅可以照亮零件，还可以作为高速“预处理器”来选择所需的部件，比如泡罩包装中的药丸。DALSA继续推动相机和视觉引擎技术，以及视觉软件。我们正在视觉引擎中加入更多的FPGA和其他硬件加速处理。一如既往，我认为更好(更智能、更容易使用、更快)的算法的发展将是机器视觉技术的一个重要的潜在变化。

(吉姆)我认为最大的变化将是创造越来越多的特定应用的视觉传感器。包装市场对超出标准传感器能力而低于传统视觉解决方案能力的解决方案的需求日益增长。这种技术上的缺口将被快速、强大的视觉传感器所填补，这些传感器可以很好地解决特定的应用，而且在用户层面上实现起来相当简单。

包装客户正在做的另一个变化是使用越来越多的联网设备。SICK正在将以太网/IP技术应用到其智能摄像机中，使客户更容易监控并将视觉技术安装到他们的机器上。

(杰夫)基于个人电脑的系统和智能摄像头都将继续变得更快。数码相机将变得更加普遍。与所有基于技术的产品一样，价格下降，性能提高。

(布雷克)我们越来越希望我们的客户需要更小、更强大的机器视觉系统。包装制造商被要求以比以往更低的成本生产更多、更高质量的产品。康耐视希望自动化设备供应商也能有类似的期望，因此我们正在考虑如何使机器视觉更具有成本效益，功能更强大，更小巧，更易于使用!

7.这些变化将如何影响包装线应用?
(吉姆)这些改变将允许包装生产线在更小的空间做更多的事情-潜在地节省宝贵的地板空间。新的视觉传感器还可能让客户有更多的可追溯性，以验证他们的过程。

(杰夫)
1.更低成本的解决方案将意味着公司将能够更容易地以合理的成本进行视力检查。
2.视觉检查将安装在非常高速的线路上，在今天可能不实用或不划算。罐头生产线和啤酒厂就是一个例子。
3.与在包装操作结束时对产品进行检查不同，更多的检查将被转移到上游，更接近可以纠正错误和最小化报废/返工的点。

(布雷克)如前所述，包装生产线将有望提高产量、质量和成本。生产线上的一个影响是能够更快地转换产品。越来越多的包装市场细分意味着更多的客户群体需要特定的包装，因此制造商将不得不更频繁地更改生产线。康耐视将尝试用我们的下一代产品使这条线的变化过程更加顺畅。

(本)更好的处理器和算法将使客户更容易和更快地负责他们的包装线应用。DALSA IPD产品线为客户提供易于使用的硬件和软件解决方案，使他们可以快速添加视觉，而无需使用机器视觉专家的费用和时间。

8.包装线技术是否发生了市场/流程变化，从而推动了机器视觉的采用?
(杰夫)
1.新