食品飲料制造商都希望能為顧客提供安全和高質(zhì)量的產(chǎn)品，但這樣的努力正面臨著不斷增長的挑戰(zhàn)。生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平的提升，使得包裝檢測和裝配檢驗(yàn)的難度也隨之增加。比如，一旦弄錯(cuò)標(biāo)簽導(dǎo)致上面標(biāo)記的食品過敏源出現(xiàn)錯(cuò)誤，在嚴(yán)重的情況下有可能導(dǎo)致對顧客的傷害，并常常導(dǎo)致代價(jià)高昂的產(chǎn)品召回程序。
與此同時(shí)，食品飲料制造商還面向越來越多的細(xì)分市場和區(qū)域市場，所以他們通常會面對數(shù)百種不同的標(biāo)簽，還要確保這些標(biāo)簽?zāi)軌蛘_地貼在每一件商品上，不能出現(xiàn)錯(cuò)位和傾斜，從而避免支付返工和重新裝運(yùn)產(chǎn)生的額外成本。復(fù)雜性和自動(dòng)化水平的提高，正使加工廠里的包裝流程進(jìn)一步面臨挑戰(zhàn)。
包裝生產(chǎn)線上的檢測站。
機(jī)器視覺可以通過減少產(chǎn)品缺陷、對包裝和裝配進(jìn)行檢測以及全程獲取生產(chǎn)信息等途徑，幫助食品飲料制造商提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和性能。例如，視覺系統(tǒng)可以檢測標(biāo)簽與產(chǎn)品是否相匹配，標(biāo)簽是否發(fā)生錯(cuò)位和傾斜，包裝上的安全環(huán)是否存在以及瓶蓋是否被擰緊等等問題。
機(jī)器視覺還可以用來追蹤產(chǎn)品的質(zhì)量，比如確保配料的均勻分配、瓶中液體顏色的一致性以及檢查產(chǎn)品的裝填水平等等。機(jī)器視覺還可以用來將產(chǎn)品分配到工廠中正確的區(qū)域以供加工或運(yùn)輸，從生產(chǎn)線上識別出有缺陷的產(chǎn)品，或是在整個(gè)生產(chǎn)過程和供應(yīng)鏈中實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的跟蹤和追溯。
避免標(biāo)簽混淆及產(chǎn)品召回
卡夫食品加拿大公司正在竭力避免出現(xiàn)標(biāo)簽混淆的情況，此類事件有時(shí)可以導(dǎo)致代價(jià)昂貴的召回和潛在的責(zé)任問題。位于圣勞倫特工廠的燒烤醬生產(chǎn)線能夠以高達(dá)每分鐘265瓶的速度生產(chǎn)30種不同的產(chǎn)品。在這里，確保在每個(gè)獨(dú)立包裝貼上正確的標(biāo)簽是至關(guān)重要的，因?yàn)槠渲幸恍┊a(chǎn)品含有芥末、雞蛋等成分，這些成分可能會讓某些特定的顧客過敏。每當(dāng)生產(chǎn)線更換生產(chǎn)的產(chǎn)品種類時(shí)，就需要手動(dòng)向灌裝機(jī)裝載對應(yīng)的新標(biāo)簽。
但是，操作員有可能因?yàn)槭д`而裝載了錯(cuò)誤的標(biāo)簽，或者，少量錯(cuò)誤的標(biāo)簽也可能被意外地混在了正確的標(biāo)簽中?？ǚ蜃畛醪捎昧思す鈼l碼掃描器來解決這一問題，當(dāng)產(chǎn)品通過生產(chǎn)線時(shí)，激光條碼掃描器讀取每個(gè)標(biāo)簽上的一維條碼，并將掃描結(jié)果傳送給所在機(jī)器的PLC。PLC將掃描結(jié)果與正確的值進(jìn)行對比，一旦發(fā)現(xiàn)條碼錯(cuò)誤，就將相應(yīng)的產(chǎn)品移除出生產(chǎn)線。
激光掃描儀遇到的瓶頸在于，它們只能對一小塊區(qū)域中的條碼進(jìn)行讀取。由于標(biāo)簽的設(shè)計(jì)也是由市場因素驅(qū)動(dòng)的，所以標(biāo)簽的設(shè)計(jì)者有可能把條碼設(shè)計(jì)在標(biāo)簽上的任何位置。這樣一來，一旦標(biāo)簽發(fā)生了改變，條碼也將處于不同的位置上。每次只要生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)另一種商品，都要對激光掃描儀的位置進(jìn)行重新調(diào)整，這無疑耗費(fèi)了技術(shù)員工的大量時(shí)間。有時(shí)，盡管激光掃描儀已經(jīng)調(diào)整到了正確的位置上，仍然會出現(xiàn)讀取條碼失敗的情況。
運(yùn)行中的ID讀取器。
Mike Palmieri是魁北克一家機(jī)器視覺集成商Cadence Automation公司的高級技術(shù)銷售代表，他談到：“我建議卡夫考慮使用圖像代碼讀取技術(shù)。”圖像代碼掃描技術(shù)的基本原理是：讀取器掃描一幅圖像，并使用一系列算法對圖像進(jìn)行處理，使其更容易讀取。其他一些算法則根據(jù)不同材質(zhì)的表面情況，對代碼的清晰度和識別質(zhì)量進(jìn)行處理。
卡夫食品加拿大公司的一名技術(shù)員Dave Fortin隨即開始嘗試，在燒烤醬生產(chǎn)線的一個(gè)條碼讀取工位上，他用一個(gè)康耐視的ID讀取器替換了原有的激光掃描儀。自從安裝了這個(gè)圖像讀取器，不但讀取故障的情況幾乎絕跡，還使讀取率達(dá)到了99.9%以上?？ǚ螂S即決定將這條燒烤醬生產(chǎn)線上的另外三個(gè)讀取器也進(jìn)行同樣的更換。
不僅讀取的性能使得準(zhǔn)確率一直保持在99.9%以上，讀取器的位置也無需再進(jìn)行調(diào)整，這使得技術(shù)員工立刻從調(diào)整讀取器位置的繁瑣工作中得到了解放。
Fortin指出：“ID讀取器讓卡夫食品加拿大公司包裝生產(chǎn)線的效率得到了顯著提高。在過去，我們的技術(shù)團(tuán)隊(duì)不得不花費(fèi)大量的時(shí)間去調(diào)整各個(gè)包裝生產(chǎn)線上的ID讀取器，生產(chǎn)員工也必須花費(fèi)時(shí)間來處理大量激光掃描儀無法正常識別其標(biāo)簽的產(chǎn)品。而這種新式的圖像ID讀取器，以近乎完美的讀取率解決了這個(gè)問題，它們的價(jià)格也很經(jīng)濟(jì)，維護(hù)起來也很方便。”
實(shí)施360度檢查
從1868年開始，美國路易斯安那州艾弗里島的McIlhenny公司就開始生產(chǎn)塔巴斯科品牌的產(chǎn)品。這家公司有四條不同的灌裝生產(chǎn)線，所使用的瓶子分別從2盎司到12盎司不等，生產(chǎn)線的速度大約在每分鐘300瓶左右。這家老牌公司具有非常強(qiáng)的質(zhì)量意識，他們的招牌產(chǎn)品塔巴斯科辣椒醬生產(chǎn)周期長達(dá)三年，在包裝環(huán)節(jié)，也要確保每一個(gè)瓶子上的標(biāo)簽都貼在正確的位置上，標(biāo)簽的朝向也必須端正。
在每一瓶塔巴斯科辣椒醬上，正面都貼著一枚菱形標(biāo)簽，背面則是一枚矩形標(biāo)簽，在瓶頸上貼著一圈環(huán)形貼紙，在蓋子的下方還有一個(gè)截留裝置，用來控制瓶口的溢灑。
一瓶辣椒醬產(chǎn)品即將進(jìn)入成像罩接受檢測。
Tom Grimsley是McIlhenny公司的灌裝經(jīng)理，他指出：“我們在產(chǎn)品上使用了數(shù)百種不同的標(biāo)簽，而確保在每個(gè)瓶子上貼上正確的標(biāo)簽是至關(guān)重要的。比如，如果我們把用于奧地利產(chǎn)品的標(biāo)簽貼到了發(fā)往德國的產(chǎn)品上，不僅客戶會不滿意，對產(chǎn)品進(jìn)行返工和重新發(fā)貨也費(fèi)用不菲。我們的產(chǎn)品是優(yōu)秀的，就要讓產(chǎn)品上的標(biāo)簽也能按要求貼在正確的位置上。”
他談到：“過去，我們用紅外線燈來檢查標(biāo)簽，這樣的方法倒是能夠檢測出標(biāo)簽粘貼的位置是否正確，但是無法檢測標(biāo)簽本身是不是正確的。我們的質(zhì)量意識非常強(qiáng)，所以我們決定找到更好的辦法來解決這個(gè)問題。”
“我們的產(chǎn)品是優(yōu)秀的，就要讓產(chǎn)品上的標(biāo)簽也能按要求貼在正確的位置上。”
——McIlhenny公司 Tom Grimsley
“大概兩年前，我和我們的采購經(jīng)理、夜班經(jīng)理以及維修經(jīng)理到一個(gè)包裝貿(mào)易展上去考察用于灌裝生產(chǎn)線的最新的視覺檢測系統(tǒng)。我們發(fā)現(xiàn)Acquire Automation公司的360度檢測解決方案性能是最出色的。他們的產(chǎn)品采用了康耐視的OmniView，能夠得到圍繞瓶身一整圈的完整圖像。他們的系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面，可以很容易地針對不同規(guī)格的標(biāo)簽和瓶子進(jìn)行編程。他們的系統(tǒng)體積大小為30英寸見方，這樣的尺寸正好適合替換我們以前的檢測系統(tǒng)，這點(diǎn)也讓我們非常滿意。”
一般而言，要對沒有固定指向的瓶子、圓桶和其他圓柱形容器完成360度的檢測，通常需要將直線掃描技術(shù)和復(fù)雜的機(jī)械操控設(shè)備相結(jié)合，才能進(jìn)行所需的圖像采集。而Acquire Automation公司的方案則減少了復(fù)雜的集成，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)率的提高。當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)過這一視覺檢測系統(tǒng)時(shí)，其朝向可以處在任意的角度上。McIlhenny公司選用的系統(tǒng)能夠利用四個(gè)相機(jī)獲取任何形狀瓶子的360度視圖，利用圍繞在檢測物四周的多個(gè)區(qū)域掃描相機(jī)拍攝的圖像，視覺軟件技術(shù)可以即刻生成一個(gè)虛擬的3D表面模型。然后，利用這一模型來創(chuàng)建一幅無縫、不失真、無遮蓋的完全表面圖像，使字符識別軟件、條碼閱讀以及其他視覺軟件工具可以對這一圖像進(jìn)行處理。Grimsley談到：“這個(gè)檢測系統(tǒng)讓我們對每一瓶產(chǎn)品的質(zhì)量和合規(guī)性都充滿了信心。”
據(jù)Grimsley所說，由于這一檢測系統(tǒng)確保了只有符合要求的產(chǎn)品才能發(fā)給客戶，這一回報(bào)已經(jīng)足以收回投資，而產(chǎn)品的整體質(zhì)量也得到了提升。Grimsley談到：“一旦粘貼標(biāo)簽的設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致標(biāo)簽被貼歪，我們可以在一開始就立刻發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)糾正?？偠灾?，我們對產(chǎn)品質(zhì)量更加滿意，也更加能確定每一瓶發(fā)貨的產(chǎn)品都符合我們的標(biāo)準(zhǔn)。”
每年節(jié)省250000美元的視覺系統(tǒng)
一家擁有多個(gè)品牌的零食生產(chǎn)商使用3英尺長、2英尺寬以及1.5英尺高的箱子對產(chǎn)品進(jìn)行裝箱。這些箱子由一條輸送帶運(yùn)到一個(gè)分流坡道上，在這里進(jìn)行分配以便發(fā)貨。在進(jìn)入分流坡道之前，這些箱子在輸送帶上會有一個(gè)短暫的停頓，系統(tǒng)則利用這一停頓的時(shí)間對箱子不同部位上的條形碼進(jìn)行讀取。在考察了一個(gè)應(yīng)用范例之后，這家公司裝備了其最初選用的激光條碼掃描儀，但是在安裝之后卻發(fā)現(xiàn)這套掃描系統(tǒng)無法正常工作，問題出在透視變形和條碼尺寸、掃描距離的相對大小上。激光掃描儀安裝在36英寸高、距掃描位置36英寸遠(yuǎn)的位置上，以接近45度向下傾斜的角度對檢測面進(jìn)行掃描。由于安裝角度造成了掃描時(shí)條碼的變形，再加上條形碼掃描距離的影響，這一激光掃描儀讀取的成功率只有20%到30%。
這家公司解決這個(gè)問題的方法是在分流坡道的位置設(shè)置一名操作工，當(dāng)激光掃描儀無法讀取箱子上的條碼時(shí)，就由這名操作工將箱子手動(dòng)朝向合適的方向。由于這家生產(chǎn)商每天有三個(gè)班次進(jìn)行輪換，意味著公司因?yàn)檫@套低效率的激光掃描儀，每年要花費(fèi)大約100000美元來為三個(gè)額外的全職工人支付工資。這種方法有時(shí)還會導(dǎo)致箱子被分配到不正確的方向，造成訂單出錯(cuò)，并產(chǎn)生無法再次出售的退貨。每年這類錯(cuò)誤預(yù)計(jì)會造成150000美元左右的損失。
產(chǎn)品檢測的實(shí)時(shí)屏幕顯示。
食品包裝箱上的通用產(chǎn)品條形碼。
對此，一家名為Crescent Electric Supply公司的機(jī)器視覺集成商提出了一個(gè)更好的辦法。Crescent Electric公司的應(yīng)用工程師Rick Rasbitsky談到：“當(dāng)我看到他們的安裝方式，我就知道激光掃描儀根本沒法在這樣的情況下正常工作。”他提出的改進(jìn)方法是在原來激光掃描儀的位置上安裝50毫米鏡頭的ID讀取器，并在一個(gè)較低的角度安裝了一盞SV75外置藍(lán)光燈，用來給12英寸見方的檢測區(qū)域提供更好的光亮，然后把它與ID讀取器進(jìn)行連接。
這個(gè)圖像ID讀取器一開始工作，就立刻達(dá)到了100%的讀取率。Rasbitsky談到：“這家食品公司感到驚喜萬分：無論標(biāo)簽在什么位置、朝向什么方向，設(shè)備的讀取都保持著100%的正確率。”通過對激光掃描儀進(jìn)行更換，這家食品公司在每一班的生產(chǎn)中可以少雇傭一名專門移動(dòng)箱子的全職員工，減少了由此帶來的支出，此外還避免了發(fā)貨錯(cuò)誤以及由此帶來的退貨損失。公司的管理者很高興能用一套ID讀取器創(chuàng)造出每年250000美元的收益，他們正在計(jì)劃在其他包裝生產(chǎn)線上采購更多的設(shè)備。
過敏源管理、產(chǎn)品質(zhì)量、裝配檢測、包裝檢驗(yàn)以及全程可追溯性，是食品飲料行業(yè)面臨的關(guān)鍵問題。機(jī)器視覺技術(shù)可以通過防止缺陷、裝配檢測、跟蹤以及采集全流程生產(chǎn)信息等方式，幫助食品飲料企業(yè)提升生產(chǎn)質(zhì)量和效率。應(yīng)用了視覺系統(tǒng)和ID讀取器的智能自動(dòng)化方案，有助于實(shí)現(xiàn)更低的生產(chǎn)成本和更高的客戶滿意度。
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