Visión Artificial para la inspección de etiquetas
Max Reijngoudt
El embalaje es un aspecto importante de la producción; aún más importante es la información que se presenta en el embalaje. Implementar un sistema de visión para inspección de etiquetas en su línea de producción garantizará que todos los paquetes sean completamente inspeccionados antes de ser entregados a su cliente. Esto reducirá el desperdicio, limitará o incluso eliminará el error humano y asegurará que la información vital, como las fechas de caducidad, no solo esté presente, sino que también sea legible en cada pieza de producto que se envía a su cliente.
Este caso de prueba implica crear un sistema que realizará una inspección de etiquetas en un paquete de productos alimenticios. Se requiere que el sistema lea el código de barras, confirme que la fecha de caducidad sea legible, confirme que todas las etiquetas estén presentes en el paquete y que todas las etiquetas estén en el lugar correcto y orientadas en la dirección adecuada.
Este artículo proporcionará una guía paso a paso para seleccionar una cámara, objetivo, iluminación y software adecuados para su sistema de inspección de etiquetas.
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Selección de la cámara para la inspección de etiquetas
Al seleccionar una cámara industrial, es fundamental elegir el sensor adecuado para su aplicación. Factores como la resolución, el tamaño de los píxeles, la sensibilidad a la luz y características especiales como el binning son aspectos importantes a considerar al decidir qué sensor implementar. El primer paso es calcular la resolución requerida. Para calcular este valor, necesitamos conocer el FOV (campo de visión) y la resolución del sistema. En este proyecto de sistema de inspección de etiquetas, el objeto en sí mide 250 mm x 200 mm, pero el objeto no siempre está posicionado en el mismo lugar en la cinta transportadora. La cinta transportadora tiene un ancho de 300 mm, por lo que consideraremos esto como el campo de visión horizontal (Hfov).
La mayoría de los sensores tienen forma rectangular, esto es importante tenerlo en cuenta al determinar el campo de visión vertical (Vfov). Para calcular el Vfov utilizamos la siguiente fórmula:
(Hfov/4) *3 = Vfov
(300 mm/4) *3 = 225 mm Vfov
Ahora que hemos establecido cuál es el FOV, podemos determinar la resolución requerida para esta aplicación de inspección de etiquetas.
Siempre recomendamos centrarse en el detalle más pequeño que se reconocerá en el paquete. En este caso es el ancho de la línea más fina del código de barras, que hemos medido en 0,5 mm.
Al calcular la resolución del sistema para la lectura de códigos de barras, recomendamos dedicar 2 píxeles por mm del objeto más pequeño.
Objeto más pequeño/2 píxeles = Resolución del sistema
0,5 mm/2 píxeles = 0,25 mm Resolución del sistema
Para calcular la resolución necesaria utilizamos la siguiente fórmula:
Resolución horizontal de la cámara = 300 mm (FOV horizontal) / 0,25 mm (resolución del sistema) = 1200 píxeles
Resolución vertical de la cámara = 225 mm (FOV vertical) / 0,25 mm (resolución del sistema) = 900 píxeles
Otros factores influyen en la elección de la cámara
Otros factores que influirán en la elección de la cámara son:
- Color o monocromo: si no necesita específicamente ver color, siempre recomendamos monocromo. Esto se debe a que el monocromo ofrece 3 veces más sensibilidad a la luz y una imagen más nítida.
- Interfaz de cámara, USB3 o GigE: Para más información consulte el siguiente artículo: ¿Qué cámara de visión por máquina seleccionar?
- Global shutter o Rolling shutter: si hay un objeto o cámara que tenga algún movimiento mientras se toma la imagen, entonces recomendamos elegir una cámara con global shutter.
En esta aplicación de inspección de etiquetas, el cliente solicitó una cámara monocroma. El objeto estará en movimiento sobre una cinta transportadora cuando se tome la imagen, por lo que recomendamos un obturador global y, dado que la distancia entre la cámara y el PC es de 7 m, recomendamos una interfaz GigE. Hay 2 cámaras en nuestro portafolio que cumplen con estos criterios: MER2-160-75GM-P o MER2-134-90GM. Utilizamos la función de comparación para comparar las especificaciones de cada modelo.
Tras una cuidadosa consideración, recomendamos la MER2-160-75GM-P cámara; al comparar los sensores, el Sony IMX273 resultó ser más adecuado. Este sensor tiene un menor ruido de lectura, lo cual era importante para el cliente. El precio y la disponibilidad también fueron factores determinantes. La MER2-160-75GM-P es una “VA-Imaging choice”; estas cámaras se mantienen en stock y, en la mayoría de los casos, pueden enviarse de inmediato. El cliente tiene previsto implementar esta cámara en varias máquinas y no desea invertir demasiado capital en mantener cámaras en inventario. El hecho de que podamos entregar las cámaras con envío exprés fue muy importante. Si desea saber más sobre nuestras opciones de manipulación, visite FAQ VA Imaging.
Selección de un objetivo adecuado para IMX273
Recomendamos trabajar con objetivos de focal fija, ya que estos objetivos están diseñados específicamente para soportar las duras condiciones de los entornos industriales. Para esta aplicación de inspección de etiquetas, el cliente estaba preocupado por la posibilidad de que hubiera una ligera vibración en el lugar donde se colocarán el objetivo y la cámara; esto no supone un problema, ya que nuestros C-mount lenses están diseñados y probados para funcionar en tales condiciones. Los objetivos también están equipados con un tornillo para fijar el iris y el enfoque en su lugar.
El cliente aún no había definido la distancia exacta entre la cámara y el objeto; el rango de la distancia de trabajo es de 500 mm a 1200 mm. El cliente solicitó que el objetivo no tuviera distorsión y que el poder de resolución del objetivo fuera lo suficientemente alto como para leer las líneas del código de barras en las esquinas del FOV. Esto se debe a que el producto no siempre está situado en el centro del FOV. Como regla general, y si la configuración de la aplicación lo permite, preferimos una WD que sea 2 x el Hfov. Por lo tanto, se prefiere una WD más larga para esta aplicación de inspección de etiquetas.
Utilizando el Calculador de Objetivo calculamos las opciones de distancia focal: comenzamos introduciendo el tamaño del sensor de la cámara, la WD máxima de 1200 mm y un Hfov de 310 mm. Se utiliza un Hfov de 310 mm porque siempre es recomendable dejar un poco de margen adicional; puede utilizar las opciones avanzadas en el calculador para obtener un valor más preciso. El calculador recomendó una distancia focal de 16 mm, por lo que redujimos la WD a 1005 mm, lo que coincidía con la distancia focal calculada del objetivo. Al introducir en la opción avanzada la resolución específica y el tamaño de píxel indicados de la cámara, el FOV sería de 307 mm x 230 mm, lo que cumple con los criterios.
Calculadora de Objetivo
Disponemos de 2 opciones de objetivos C-mount de 16 mm en nuestro portafolio, como se observa en la imagen de la derecha.
Al comparar estos objetivos, las diferencias estaban en el número f (cuanto menor es el número f, mayor sensibilidad a la luz ofrece el objetivo), la distorsión y también consultamos la tabla de resolución de objetivos en la página de descargas para los valores de resolución del objetivo (lp/mm) y así comparar el poder de resolución del objetivo, especialmente en la esquina.
Luego decidimos utilizar el VA-LCM-5MP-16MM-F2.0-018 objetivo, no solo por la ventaja de precio, sino también porque la lectura de lp/mm es mayor en la esquina.
Iluminación y filtros para la inspección de etiquetas
El cliente estaba planeando colocar 2 barra de luz a cada lado de la cámara para su sistema de visión por máquina de inspección de etiquetas. El embalaje tiene un ligero reflejo que puede dificultar la lectura de la información en el paquete. Recomendamos utilizar una técnica llamada polarización cruzada, añadiendo un filtro polarizador al objetivo y a la iluminación. Tenga en cuenta que esta técnica reducirá la luz en un 20%. Puede leer más sobre esta técnica en este artículo: Polarización en su aplicación de visión por máquina.
Recomendamos utilizar una lámina polarizadora VA-LFT-LPOL-300x200 delante de la iluminación, no directamente sobre la iluminación ya que la iluminación emite demasiado calor, y para el filtro del objetivo, recomendamos el filtro polarizador VA-LFT-LPOL-M25.5 que se adapta específicamente a este objetivo.
Software de procesamiento de imágenes para inspección de etiquetas
Para que este sistema esté completamente operativo, la imagen se adquiere a través de nuestro kit de desarrollo de software (SDK). También deberá configurar los parámetros de la cámara, como el balance de blancos, la ganancia y el tiempo de exposición. Lea más sobre estos ajustes de imagen. Nuestro SDK está disponible de forma gratuita en nuestra página de descargas, donde existen múltiples opciones para descargar. Todo esto dependerá de qué sistema operativo utilizará para sus aplicaciones específicas.
Una vez adquirida la imagen, necesita un software de procesamiento de imagen para inspeccionar y evaluar la imagen. Existen varios paquetes de software de terceros entre los que puede elegir; recomendamos Zebra Aurora Vision (anteriormente conocido como Adaptive Vision). El cliente pudo probar el software en su sistema de inspección de etiquetas descargando el paquete de software de prueba, y se sorprendió gratamente de lo fácil que es navegar por el software.
Ofrecimos crear un programa de demostración y solicitamos que el cliente proporcionara una carpeta que contuviera 10 imágenes del paquete en buen estado y una carpeta con 15 imágenes que tuvieran errores, y para cada error, una descripción del mismo. Por ejemplo, una fecha de caducidad que no se había impreso correctamente o una etiqueta de certificación que faltaba en el paquete. Una vez recibidas las imágenes, se creó un programa de demostración y el cliente pudo realizar pruebas adicionales.
Las siguientes herramientas se utilizaron para esta aplicación de inspección de etiquetas: Ejemplos
de programas - Aurora Vision
- Verificación de presencia
- Lectura OCR
- Escaneo/identificación de códigos de barras
- Detección de posición
El cliente quedó satisfecho y recibió su paquete de software listo para usar, con la posibilidad de realizar sus propios ajustes en el programa. Si desea algún soporte relacionado con Zebra Aurora visión, no dude en contactarnos.
¿Preguntas sobre el sistema de visión para inspección de etiquetas?
Los sistemas de inspección de etiquetas pueden ser útiles en muchas industrias diferentes, incluyendo la industria alimentaria, el comercio minorista o la manufactura, por nombrar algunas. Tras una inversión inicial, pueden ahorrarle tiempo y garantizar que sus clientes queden completamente satisfechos con el producto que usted ofrece. Si tiene preguntas sobre su proyecto de sistema de visión para inspección de etiquetas, contáctenos mediante el siguiente formulario.
