Machine Vision para inspeção de etiquetas
Max Reijngoudt
A embalagem é um aspeto importante da produção, sendo ainda mais importante a informação apresentada na embalagem. A implementação de um sistema de visão para inspeção de rótulos na sua linha de produção garantirá que todas as embalagens sejam totalmente inspecionadas antes de serem entregues ao seu cliente. Isto irá reduzir o desperdício, limitar ou até eliminar o erro humano e assegurar que informações vitais, como datas de validade, não só estejam presentes, mas também legíveis em cada unidade de produto enviada ao seu cliente.
Este caso de teste envolve a criação de um sistema que irá realizar uma inspeção de rótulos numa embalagem de produtos alimentares. O sistema deve ler o código de barras, confirmar que a data de validade é legível, confirmar que todos os autocolantes estão presentes na embalagem e que todos os autocolantes estão no local correto e orientados na direção certa.
Este artigo irá fornecer orientações passo a passo para selecionar uma câmera, lente, iluminação e software adequados para o seu sistema de inspeção de rótulos.
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Selecionar a câmera para inspeção de etiquetas
Ao selecionar uma câmera industrial, é crucial escolher o sensor certo para a sua aplicação. Fatores como resolução, tamanho dos pixels, sensibilidade à luz e funcionalidades especiais como binning são importantes a considerar ao decidir qual sensor implementar. O primeiro passo é calcular a resolução necessária. Para calcular este valor, precisamos conhecer o FOV (campo de visão) e a resolução do sistema. Neste projeto de sistema de inspeção de etiquetas, o próprio objeto tem 250mm x 200mm, mas o objeto nem sempre está posicionado no mesmo local na correia transportadora. A correia transportadora tem uma largura de 300mm, por isso consideraremos este valor como o campo de visão horizontal (Hfov).
A maioria dos sensores tem formato retangular, o que é importante considerar ao determinar o campo de visão vertical (Vfov). Para calcular o Vfov utilizamos a seguinte fórmula:
(Hfov/4) *3=Vfov
(300mm/4) *3=225mm Vfov
Agora que já estabelecemos qual é o FOV, podemos determinar a resolução necessária para esta aplicação de inspeção de etiquetas.
Recomendamos sempre focar no menor detalhe que será reconhecido na embalagem. Neste caso, é a largura da linha mais fina do código de barras, que medimos ser 0,5mm.
Ao calcular a resolução do sistema para a leitura de códigos de barras, recomendamos dedicar 2 pixels por mm do menor objeto.
Menor objeto/2pixels=Resolução do sistema
0,5mm/2pixels=0,25mm Resolução do sistema
Para calcular a resolução necessária utilizamos a seguinte fórmula:
Resolução horizontal da câmera = 300 mm (FOV horizontal) / 0,25mm (resolução do sistema) = 1200 pixels
Resolução vertical da câmera = 225 mm (FOV vertical) / 0,25mm (resolução do sistema) = 900 pixels
Outros fatores influenciam a escolha da câmera
Outros fatores que irão influenciar a escolha da câmera são:
- Cor ou monocromática: se não precisar especificamente de ver cor, recomendamos sempre monocromática. Isto porque a monocromática oferece 3 vezes mais sensibilidade à luz e uma imagem mais nítida.
- Interface da câmera, USB3 ou GigE: Para mais informações, consulte o seguinte artigo: Que câmera de machine vision selecionar?
- Global shutter ou Rolling shutter: se existir um objeto ou câmera com qualquer movimento durante a captação da imagem, recomendamos escolher uma Câmera Global shutter.
Nesta aplicação de inspeção de etiquetas, o cliente solicitou uma câmera monocromática. O objeto estará em movimento numa correia transportadora quando a imagem for captada, por isso recomendamos um global shutter e, como a distância entre a câmera e o PC é de 7m, recomendamos uma interface GigE. Existem 2 câmeras no nosso portefólio que correspondem a estes critérios: MER2-160-75GM-P ou MER2-134-90GM. Utilizámos a função de comparação para comparar as especificações de cada modelo.
Após alguma consideração, recomendamos a MER2-160-75GM-P câmera; ao comparar os sensores, o Sony IMX273 revelou-se mais adequado. Este sensor apresenta um ruído de leitura mais baixo, o que era importante para o cliente. O preço e a disponibilidade também foram fatores determinantes. A MER2-160-75GM-P é uma “VA-Imaging choice”; estas câmeras são mantidas em stock e, na maioria dos casos, podem ser enviadas de imediato. O cliente planeia implementar esta câmera em várias máquinas e não pretende investir demasiado capital em manter câmeras em stock. O facto de podermos entregar as câmeras com entrega Expresso foi muito importante. Se pretender saber mais sobre as nossas opções de Manuseamento, visite FAQ VA Imaging.
Selecionar uma lente adequada para IMX273
Recomendamos trabalhar com lentes de distância focal fixa, estas lentes são especificamente concebidas para suportar as condições exigentes dos ambientes industriais. Para esta aplicação de inspeção de etiquetas, o cliente estava preocupado com a possibilidade de haver uma ligeira vibração no local onde a lente e a câmera seriam colocadas, mas isto não é um problema, pois as nossas C-mount lenses são projetadas e testadas para funcionar nestas condições. As lentes também estão equipadas com um parafuso para bloquear o diafragma e o foco no lugar.
O cliente ainda não tinha definido a distância exata entre a câmera e o objeto, sendo que a gama da distância de trabalho é de 500mm-1200mm. O cliente solicitou que a lente não tivesse distorção e que o poder de resolução da lente fosse suficientemente elevado para ler as linhas do código de barras nos cantos do FOV. Isto porque o produto nem sempre está posicionado no centro do FOV. Como regra geral, e se a configuração da aplicação o permitir, preferimos um WD que seja 2 x o Hfov. Por isso, uma WD mais longa é preferida para esta aplicação de inspeção de etiquetas.
Utilizando o Lens calculator calculámos as opções de distância focal: Começámos por preencher o tamanho do sensor da câmera, o WD máximo de 1200mm e um Hfov de 310mm. O Hfov de 310mm é utilizado porque é sempre bom deixar alguma margem extra; pode utilizar as opções avançadas na calculadora para obter um valor mais preciso. A calculadora recomendou uma distância focal de 16mm, por isso reduzimos o WD para 1005mm, o que correspondeu à distância focal calculada da lente. Ao preencher a opção avançada com a resolução específica e o tamanho de pixel indicado da câmera, o FOV seria de 307mm x 230mm, o que cumpre os critérios.
Calculadora de Lente
Temos 2 opções de lentes C-mount de 16mm no nosso portefólio, conforme observado na imagem à direita.
Ao comparar estas lentes, as diferenças estavam no número f (quanto menor o número f, maior a sensibilidade à luz que a lente oferece), na distorção e também consultámos o gráfico de resolução da lente na página de transferências para os valores de resolução da lente (lp/mm), a fim de comparar o poder de resolução da lente, especialmente nos cantos.
Decidimos então utilizar a VA-LCM-5MP-16MM-F2.0-018 lente, não só devido à vantagem de preço, mas também porque a leitura de lp/mm é superior no canto.
Iluminação e filtros para inspeção de etiquetas
O cliente estava a planear colocar 2 Bar lights de cada lado da câmera para o seu sistema de inspeção de rótulos por visão. A embalagem tem um ligeiro reflexo, o que pode dificultar a leitura da informação na embalagem. Recomendamos a utilização de uma técnica chamada Cross Polarizing, adicionando um filtro polarizador à lente e à iluminação. Tenha em consideração que esta técnica irá reduzir a luz em 20%. Pode ler mais sobre esta técnica neste artigo: Polarização na sua aplicação de machine vision.
Recomendamos a utilização de uma folha polarizadora VA-LFT-LPOL-300x200 em frente à iluminação, e não diretamente sobre a iluminação, pois esta emite demasiado calor. Para o filtro da lente, recomendamos o filtro polarizador VA-LFT-LPOL-M25.5, que se adapta especificamente a esta lente.
Software de processamento de imagem para inspeção de etiquetas
Para colocar este sistema totalmente operacional, a imagem é adquirida através do nosso Software Development Kit (SDK). Também será necessário definir os parâmetros da câmera, como Balanço de Brancos, Ganho e tempo de exposição. Leia mais sobre estas definições de imagem. O nosso SDK está disponível gratuitamente na nossa página de Download, existindo várias opções de download. Tudo dependerá do sistema operativo que irá utilizar para as suas aplicações.
Depois de adquirida a imagem, necessita de software de processamento de imagem para inspecionar e avaliar a imagem. Existem vários pacotes de software de terceiros à sua escolha, recomendamos o Zebra Aurora Vision (anteriormente conhecido como Adaptive Vision). O cliente pôde testar o software no seu sistema de inspeção de etiquetas ao descarregar o pacote de software de avaliação, tendo ficado agradavelmente surpreendido com a facilidade de navegação do software.
Oferecemos criar um programa de demonstração e solicitámos ao cliente que fornecesse uma pasta com 10 imagens do pacote em bom estado e uma pasta com 15 imagens com erros, sendo que para cada erro deveria ser fornecida uma descrição do mesmo. Por exemplo, uma data de validade que não foi impressa corretamente ou um selo de certificação em falta na embalagem. Assim que recebemos as imagens, foi criado um programa de demonstração e o cliente pôde realizar testes adicionais.
As seguintes ferramentas foram utilizadas para esta aplicação de inspeção de etiquetas: Exemplos de Programas - Aurora Vision
- Verificação de presença
- Leitura OCR
- Leitura/Identificação de códigos de barras
- Deteção de posição
O cliente ficou satisfeito e recebeu o seu pacote de software pronto a utilizar, com a possibilidade de fazer os seus próprios ajustes ao programa. Se pretender algum suporte relativamente ao Zebra Aurora visão, não hesite em contactar-nos.
Tem perguntas sobre o sistema de visão para inspeção de rótulos?
Os sistemas de inspeção de rótulos podem ser úteis em muitos setores diferentes, incluindo a indústria alimentar, o retalho ou a indústria transformadora, entre outros. Após um investimento inicial, podem poupar-lhe tempo e garantir que os seus clientes ficam totalmente satisfeitos com o produto que está a fornecer. Se tiver questões relativamente ao seu projeto de sistema de visão para inspeção de rótulos, contacte-nos através do formulário abaixo.
