Machine Vision zur Etiketteninspektion
Max Reijngoudt
Die Verpackung ist ein wichtiger Aspekt der Produktion. Noch wichtiger sind die Informationen, die auf der Verpackung stehen. Durch den Einsatz eines Bildverarbeitungssystems zur Etikettenkontrolle in Ihrer Produktionslinie wird sichergestellt, dass alle Verpackungen vor der Auslieferung an Ihre Kunden vollständig geprüft werden. Auf diese Weise wird die Verschwendung reduziert, menschliches Versagen eingeschränkt oder sogar ausgeschlossen und sichergestellt, dass wichtige Informationen wie das Verfallsdatum nicht nur vorhanden, sondern auch lesbar sind, und zwar auf jedem einzelnen Produkt, das an Ihren Kunden versandt wird.
In diesem Testfall geht es darum, ein System zu entwickeln, das eine Etikettenkontrolle auf einer Lebensmittelverpackung durchführt. Das System muss den Barcode lesen, bestätigen, dass das Verfallsdatum lesbar ist, bestätigen, dass alle Aufkleber auf der Verpackung vorhanden sind und dass sich alle Aufkleber an der richtigen Stelle befinden und in die richtige Richtung zeigen.
Dieser Artikel enthält eine schrittweise Anleitung zur Auswahl einer geeigneten Kamera, eines Objektivs, einer Beleuchtung und einer Software für Ihr Etikettenkontrollsystem.
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Auswahl der Kamera für Etikettenkontrolle
Bei der Auswahl einer Industriekamera ist es entscheidend, den richtigen Sensor für Ihre Anwendung zu wählen. Faktoren wie Auflösung, Pixelgröße, Lichtempfindlichkeit und besondere Merkmale wie Binning sind wichtige Faktoren, die bei der Entscheidung für einen Sensor zu berücksichtigen sind. Der erste Schritt besteht darin, die benötigte Auflösung zu berechnen. Um diesen Wert zu berechnen, müssen wir das FOV (Sichtfeld) und die Systemauflösung kennen. In diesem Projekt eines Etikettenprüfsystems ist das Objekt selbst 250 mm x 200 mm groß, aber das Objekt befindet sich nicht immer an der gleichen Stelle auf dem Förderband. Das Förderband hat eine Breite von 300 mm, so dass wir dies als das horizontale Sichtfeld (Hfov) betrachten.
Die meisten Sensoren haben eine rechteckige Form, was bei der Bestimmung des vertikalen Sichtfelds (Vfov) zu berücksichtigen ist. Zur Berechnung des Vfov verwenden wir die folgende Formel.
(Hfov/4)*3=Vfov
(300mm/4)*3=225mm Vfov
Nachdem wir nun festgestellt haben, wie groß das Sichtfeld ist, können wir die Auflösung bestimmen, die für diese Anwendung der Etikettenkontrolle erforderlich ist.
Wir empfehlen immer, sich auf das kleinste Detail zu konzentrieren, das auf der Verpackung erkannt werden soll. In diesem Fall ist es die Breite der dünnsten Linie des Barcodes, die wir mit 0,5 mm gemessen haben.
Bei der Berechnung der Systemauflösung für eine Barcode-Lesung empfehlen wir, 2 Pixel pro mm des kleinsten Objekts zu verwenden.
Kleinstes Objekt/2Pixel=Systemauflösung
0,5mm/2Pixel=0,25mm Systemauflösung
Um die benötigte Auflösung zu berechnen, verwenden wir die folgende Formel:
Horizontale Kameraauflösung = 300 mm (horizontales FOV) / 0,25mm (Systemauflösung) = 1200pixels
Vertikale Kameraauflösung = 225 mm (vertikales FOV) / 0,25mm (Systemauflösung) = 900pixels
Weitere Faktoren, die die Wahl der Kamera beeinflussen
Weitere Faktoren, die die Wahl der Kamera beeinflussen, sind:
- Farbe oder Monochrom: Wenn Sie nicht unbedingt Farbe sehen müssen, empfehlen wir immer Monochrom. Der Grund dafür ist, dass Monochrom eine 3 x höhere Lichtempfindlichkeit und ein schärferes Bild bietet.
- Kamera-Schnittstelle, USB3 oder GigE: Weitere Informationen finden Sie im folgenden Artikel: Welche Bildverarbeitungskamera ist die richtige?
- Global Shutter oder Rolling Shutter: Wenn sich das Objekt oder die Kamera während der Aufnahme des Bildes bewegt, empfehlen wir die Wahl einer Global Shutter-Kamera.
Bei dieser Anwendung zur Etikettenkontrolle hat der Kunde eine Monochromkamera angefordert. Da sich das Objekt bei der Aufnahme auf einem Förderband bewegt, empfehlen wir einen Global Shutter und da die Entfernung zwischen Kamera und PC 7 m beträgt, empfehlen wir eine GigE-Schnittstelle.
Es gibt 2 Kameras in unserem Portfolio, die diese Kriterien erfüllen: MER2-160-75GM-P oder MER2-134-90GM-P. Wir haben die Vergleichsfunktion verwendet, um die Spezifikationen der beiden Modelle zu vergleichen.
Nach einiger Überlegung empfahlen wir die 1,6-MP-Kamera 'MER2-160-75GM-P'. Beim Vergleich der Sensoren erwies sich der Sony IMX273 als besser geeignet. Dieser Sensor hat ein geringeres Ausleserauschen, was für den Kunden wichtig war. Der Preis und die Verfügbarkeit waren ebenfalls ein wichtiger Faktor. Die MER2-160-75GM-P ist eine "VA-Imaging-Wahl", diese Kameras werden vorrätig gehalten und können in den meisten Fällen sofort ausgeliefert werden. Der Kunde hat vor, diese Kamera in mehreren Maschinen einzusetzen, er möchte nicht zu viel Kapital in die Lagerhaltung investieren. Die Tatsache, dass wir die Kameras mit Expresslieferung liefern können, war sehr wichtig. Wenn Sie mehr über unsere Handhabungsoptionen erfahren möchten, besuchen Sie die FAQ VA Imaging.
Auswahl eines geeigneten Objektivs für IMX273
Wir empfehlen die Verwendung von Objektiven mit fester Brennweite. Diese Objektive sind speziell für die rauen Bedingungen in industriellen Umgebungen ausgelegt. Bei dieser Anwendung zur Etikettenkontrolle hatte der Kunde Bedenken, dass es an der Stelle, an der das Objektiv und die Kamera platziert werden, zu leichten Vibrationen kommen könnte. Dies ist kein Problem, da unsere C-Mount-Objektive so konstruiert und getestet sind, dass sie unter solchen Bedingungen funktionieren. Die Objektive sind außerdem mit einer Schraube ausgestattet, um die Blende und den Fokus zu fixieren.
Der Kunde hatte den genauen Abstand zwischen der Kamera und dem Objekt noch nicht festgelegt, der Arbeitsabstand beträgt 500 mm bis 1200 mm. Der Kunde verlangte, dass das Objektiv keine Verzerrungen aufweist und dass das Auflösungsvermögen des Objektivs hoch genug ist, um die Linien des Strichcodes in den Ecken des Sichtfeldes zu lesen. Der Grund dafür ist, dass das Produkt nicht immer in der Mitte des Sichtfeldes liegt. In der Regel und wenn es der Aufbau der Anwendung erlaubt, bevorzugen wir einen WD, der 2 x das Hfov beträgt. Daher wird für diese Anwendung der Etikettenkontrolle ein längerer WD bevorzugt.
Mit Hilfe des Objektivrechners haben wir die Brennweitenoptionen berechnet:
Wir begannen mit der Eingabe der Sensorgröße der Kamera und dem maximalen WD von 1200mm und einem Hfov von 310mm. Der Hfov-Wert von 310 mm wird verwendet, weil es immer gut ist, etwas mehr Spielraum zu lassen. Sie können die erweiterten Optionen des Rechners verwenden, um einen genaueren Wert zu erhalten. Der Rechner empfahl eine Brennweite von 16 mm, also reduzierten wir den WD auf 1005 mm, was mit der berechneten Brennweite des Objektivs übereinstimmte. Wenn Sie die erweiterte Option mit der spezifischen Auflösung und Pixelgröße der Kamera ausfüllen, ergibt sich ein FOV von 307 mm x 230 mm, was den Kriterien entspricht.
Lens Calculator
Wir haben 2 Optionen von 16mm C-Mount Objektiven in unserem Portfolio.
Beim Vergleich dieser Objektive lagen die Unterschiede in der Blendenzahl (je niedriger die Blendenzahl, desto höher die Lichtempfindlichkeit des Objektivs), in der Verzeichnung und in der Tabelle zur Objektivauflösung (lp/mm) auf der Download-Seite, um das Auflösungsvermögen der Objektive, insbesondere in den Ecken, zu vergleichen.
Wir haben uns dann für das Objektiv VA-LCM-5MP-16MM-F2.0-018 entschieden, und zwar nicht nur wegen des Preisvorteils, sondern auch wegen des höheren lp/mm-Wertes in den Ecken.
Beleuchtung und Filter für Etikettenkontrolle
Der Kunde plante, für sein Bildverarbeitungssystem zur Etikettenkontrolle 2 Barlights auf beiden Seiten der Kamera anzubringen. Die Verpackung hat eine leichte Reflexion, die das Lesen der Informationen auf der Verpackung erschweren kann. Wir empfehlen eine Technik namens Kreuzpolarisierung, bei der ein Polarisationsfilter auf das Objektiv und die Beleuchtung aufgesetzt wird. Dabei ist zu beachten, dass diese Technik das Licht um 20 % reduziert. Mehr über diese Technik erfahren Sie in diesem Artikel: Polarisierung in Ihrer Bildverarbeitungsanwendung.
Wir empfehlen die Verwendung einer Polarisationsfolie vor der Beleuchtung, nicht direkt auf der Beleuchtung, da die Beleuchtung zu viel Wärme abstrahlt. Als Objektivfilter empfehlen wir den Polarisationsfilter | Linear | M25.5, der speziell für dieses Objektiv geeignet ist.
Bildverarbeitungssoftware für die Etikettenkontrolle
Um dieses System voll einsatzfähig zu machen, wird das Bild über unser Software Development Kit (SDK) aufgenommen. Sie müssen auch die Parameter der Kamera wie Weißabgleich, Verstärkung und Belichtungszeit einstellen. Lesen Sie mehr über diese Einstellungen Quickstart, 5 Schritte zur einfachen Installation einer Bildverarbeitungskamera und zur Bildaufnahme Unser SDK ist kostenlos auf unserer Download-Seite erhältlich, es gibt mehrere Optionen zum Herunterladen. Dies hängt davon ab, welches Betriebssystem Sie für Ihre spezifischen Anwendungen verwenden.
Sobald das Bild erfasst ist, benötigen Sie eine Bildverarbeitungssoftware, um das Bild zu prüfen und auszuwerten. Es gibt eine Reihe von Softwarepaketen von Drittanbietern, aus denen Sie wählen können. Wir empfehlen Zebra Aurora Vision (ehemals bekannt als Adaptive Vision). Der Kunde konnte die Software auf seinem Etikettenprüfsystem testen, indem er das Testpaket herunterlud. Er war angenehm überrascht, wie einfach die Software zu bedienen ist.
Wir boten an, ein Demoprogramm zu erstellen, und baten den Kunden, einen Ordner mit 10 Bildern der Verpackung, die gut waren, und einen Ordner mit 15 Bildern, die Fehler aufwiesen, sowie für jeden Fehler eine Beschreibung des Fehlers bereitzustellen. Zum Beispiel ein Verfallsdatum, das nicht korrekt aufgedruckt war, oder ein Zertifizierungsaufkleber, der auf der Verpackung fehlte. Sobald wir die Bilder erhalten hatten, wurde ein Demoprogramm erstellt, mit dem der Kunde weitere Tests durchführen konnte.
Die folgenden Tools wurden für diese Anwendung zur Etikettenkontrolle verwendet: Programmbeispiele - Aurora Vision
- Anwesenheitskontrolle
- OCR-Lesung
- Barcode-Scannen/Identifizierung
- Positionserkennung
Der Kunde war zufrieden und erhielt sein Softwarepaket betriebsbereit mit der Möglichkeit, seine eigenen Anpassungen am Programm vorzunehmen. Wenn Sie Unterstützung in Bezug auf Zebra Aurora Vision wünschen, können Sie uns gerne kontaktieren.
Fragen zu Etikettenkontrollsystemen?
Etikettenkontrollsysteme können in vielen verschiedenen Branchen nützlich sein, z. B. in der Lebensmittelindustrie, im Einzelhandel oder in der Fertigung. Nach einer anfänglichen Investition können Sie damit Zeit sparen und sicherstellen, dass Ihre Kunden mit dem von Ihnen gelieferten Produkt voll zufrieden sind. Wenn Sie Fragen zu Ihrem Projekt für ein Bildverarbeitungssystem zur Etikettenkontrolle haben, kontaktieren Sie uns über das unten stehende Formular:
