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La visione industriale aiuta un'azienda confezionatrice di agrumi a garantire la conformità PTI

Sun Pacific

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Consente agli utenti di configurare e utilizzare anche le applicazioni di visione più impegnative 2D e 3D.

L'industria dei prodotti agricoli si sta muovendo verso un approccio sistematico e generalizzato di tracciamento dettagliato della provenienza e della destinazione dei prodotti freschi. In tale contesto, una delle grandi difficoltà riguarda il riconoscimento automatico dell'ampia gamma di confezioni e timbri manuali diversi attualmente utilizzati per fornire informazioni sui prodotti agricoli. Sun Pacific, la maggiore azienda statunitense che coltiva, confeziona e vende agrumi negli Stati Uniti, ha recentemente risolto il problema adottando la soluzione di tracciabilità HarvestMark PTI con sistemi di visione VR-3000 di Saber Engineering in molti dei suoi centri di confezionamento. Questi sistemi di visione sfruttano la tecnologia di riconoscimento di modelli PatMax® di Cognex per individuare in maniera uniforme la configurazione delle cassette e i timbri manuali indipendentemente dalla posizione e dall'orientamento, dalle condizioni di illuminazione e da altre variabili.

Salvaguardare la catena di distribuzione dei prodotti freschi

Secondo le stime, nell'industria statunitense dei prodotti agricoli circolano 6 miliardi di cassette di prodotti agricoli all'anno. In rarissime occasioni accade che prodotti contaminati si trovino nella catena di distribuzione e rischino di non essere eliminati per tempo. L'iniziativa PTI è pensata per identificare le fonti di prodotti agricoli contaminati in modo molto più rapido e preciso rispetto ai metodi tradizionali. Il vantaggio principale riguarda la riduzione del rischio per i consumatori, garantendo la rimozione preventiva dei prodotti contaminati dalla catena di distribuzione. La PTI rende inoltre possibili notevoli risparmi economici limitando l'impatto di potenziali ritiri di prodotti e consentendo il ripristino della normale operatività della catena di distribuzione in modo molto più rapido rispetto ai tempi attuali.

La PTI è basata su un numero GTIN (Global Trade Item Number) che consente l'identificazione degli articoli a qualsiasi livello di confezionamento, tra cui singoli prodotti, cassette e pallet. Secondo le migliori prassi attualmente diffuse, i proprietari dei marchi assegnano un GTIN di 14 cifre a ogni possibile tipologia di cassetta in base a categoria di merce, sottocategoria, dimensione, conteggio, area d'origine, azienda agricola, confezionatore, ecc. Il GTIN e il numero di lotto sono riportati in un formato leggibile dall'occhio umano e codificati tramite un codice a barre su ciascuna cassetta. Tutti gli operatori che intervengono successivamente devono essere in grado di leggere e registrare il GTIN e il numero di lotto di ciascuna cassetta di prodotti agricoli ricevuta. In caso di problemi, questo sistema permette di rintracciare rapidamente le merci lungo le singole fasi di manipolazione, risalendo fino alla fonte.

Sfide legate alla conformità PTI

L'industria dei prodotti agricoli si trova tuttavia a dover affrontare numerose sfide per garantire la conformità PTI. In genere le aziende confezionatrici devono gestire numerose tipologie di contenitori che transitano in ordine casuale sulle linee di produzione. Spesso i clienti usano cassette personalizzate e i prodotti devono essere confezionati in contenitori diversi sulla linea di confezionamento. Normalmente, gli addetti alla linea di confezionamento applicano le specifiche, ad esempio categoria di merce, sottocategoria, dimensione e conteggio, sul lato della cassetta, tramite un timbro in gomma. La difficoltà principale legata alla conformità PTI riguarda la lettura automatica del timbro e l'identificazione del prodotto associato alla cassetta, quindi la generazione automatica di un'etichetta contenente tutte queste informazioni in un formato leggibile dall'occhio umano e in un codice a barre 2D, infine la sua applicazione sul lato delle cassette.

Saber Engineering ha sviluppato il sistema compatto VR-3000, che sfrutta un'avanzata tecnologia di visione industriale per distinguere le diverse tipologie di confezioni e timbri con precisione quasi perfetta. Il sistema VR-3000 riconosce e verifica attributi quali il tipo di contenitore, la tipologia e la dimensione della merce e li trasmette al database HarvestMark per le successive fasi di elaborazione. Le informazioni di rintracciamento a monte e a valle sono conservate e protette, insieme ai dati di produzione, sulla piattaforma HarvestMark, con la possibilità di ottenere report e consentire la tracciabilità su richiesta in qualsiasi punto della catena di distribuzione.

Riconoscimento di cassette e timbri

La soluzione di visione di Saber Engineering utilizza un'interfaccia uomo-macchina (HMI) Visual Basic personalizzata e integrata con strumenti di visione VisionPro® di Cognex per riconoscere le configurazioni delle confezioni e i timbri. Lo strumento chiave è il sistema PatMax per l'individuazione di parti e caratteristiche, che sfrutta l'avanzata tecnologia di ispezione delle strutture geometriche per identificare e localizzare i modelli in modo affidabile e accurato.

Il rilevamento delle strutture può risultare estremamente difficile in quanto il modo in cui un oggetto appare a un sistema di visione può essere influenzato da numerose variabili. La tecnologia di rilevamento delle strutture dipende da un processo di analisi pixel-griglia comunemente noto come correlazione normalizzata. Questo metodo ricerca la somiglianza statistica tra un modello in scala di grigio o l'immagine di riferimento di un oggetto e porzioni dell'immagine per determinare la posizione X/Y dell'oggetto. Sebbene efficace in talune situazioni, questo approccio limita da una parte la capacità di rilevamento degli oggetti e, dall'altra, la precisione del rilevamento a causa di condizioni di aspetto variabili comuni a tutte le linee produttive, come variazioni a livello di angolazione, dimensioni e ombreggiatura dell'oggetto.

La tecnologia PatMax, invece, rileva la geometria di un oggetto mediante una serie di curve limite non legate a una griglia in pixel e ricerca forme simili nell'immagine senza basarsi su livelli di grigio specifici. Ne consegue uno straordinario miglioramento della capacità di rilevamento di precisione degli oggetti nonostante le variazioni a livello di angolazione, dimensioni e ombreggiatura. "Abbiamo provato tutti i principali strumenti di riconoscimento dei modelli disponibili sul mercato", ha affermato Dennis Hopkins, Presidente di Saber Engineering. "PatMax offre i risultati migliori e nessun concorrente si è neppure avvicinato a questi livelli".

Regolare correttamente l'illuminazione e l'angolazione della telecamera (un altro aspetto importante per il successo di ogni applicazione di visione industriale) può essere difficile all'interno di un tipico stabilimento di confezionamento. Le condizioni di illuminazione possono variare in base alla posizione del sole e alla presenza di nuvole. Le confezioni, posizionate in modo casuale sulla linea, possono risultare più o meno vicine alla telecamera o con un orientamento diverso rispetto alle condizioni ideali. In molti casi la telecamera deve essere in grado di leggere contemporaneamente più lati della confezione, ad esempio quando il timbro e l'indicazione del tipo di contenitore sono applicati su lati diversi. In questo caso, la telecamera deve essere orientata con una certa angolazione rispetto alla cassetta, così da poter leggere più lati contemporaneamente.

Il sistema VR-3000 si avvale di una telecamera Ethernet con luce stroboscopica LED da 120 Watt. "L'illuminazione, intensa e ben distribuita, si adatta a un gran numero di tipologie di cassette", ha affermato Hopkins. Il sistema è progettato per l'utilizzo industriale ed è provvisto di manovella per la regolazione verticale su 81 cm. Il sistema ammette generalmente un disallineamento massimo di 15 cm senza compromettere la precisione. Esso include ingressi e uscite discreti per consentire la comunicazione con un PLC e un'uscita Ethernet per la comunicazione con la stampante e il sistema HarvestMark.

Apprendimento di nuovi prodotti

Le aziende confezionatrici aggiungono continuamente confezioni e timbri diversi sulle loro linee. Il sistema VR-3000 rende più semplice la procedura di apprendimento di nuove cassette e timbri: è sufficiente passare una cassetta davanti alla telecamera e premere "learn" sull'interfaccia uomo-macchina (HMI). Verrà visualizzata un'immagine della cassetta con tre finestre sovrapposte che rappresentano l'area esaminata dagli strumenti di ispezione PatMax. L'operatore regola gli strumenti in modo da coprire le aree da ispezionare. In genere occorre concentrarsi sulle caratteristiche distintive della cassetta e del timbro che indica la sottocategoria, la dimensione e il conteggio del prodotto agricolo. Quando Saber Engineering e HarvestMark installano un nuovo sistema, Saber configura il sistema VR-3000 in modo da poter gestire tutte le confezioni e i timbri del cliente nella fase di installazione, mentre il personale HarvestMark provvede all'installazione e all'apprendimento. Inoltre, Saber istruisce i nuovi addetti del cliente su come aggiungere cassette e timbri in caso di modifiche alla linea di produzione.

Di recente Sun Pacific ha intrapreso un'iniziativa per promuovere la conformità PTI nelle sue attività di confezionamento. L'azienda ha messo a confronto Saber Engineering e un altro fornitore di soluzioni automatizzate per l'identificazione e l'etichettatura delle cassette, e utilizzato i loro prodotti in parallelo per due mesi. Entrambe le soluzioni erano progettate per riconoscere automaticamente gli elementi grafici, i timbri e le marcature sulle cassette di prodotti agricoli e, sulla base di questi, determinare il GTIN associato, tutto questo mentre le confezioni transitano lungo la linea a una velocità di 3.100 cassette/ora. La soluzione genera quindi automaticamente l'etichetta corretta e la applica alla cassetta alla velocità della linea. 

Durante il confronto, il sistema VR-3000 ha evidenziato prestazioni di lettura delle cassette e dei timbri superiori al 99,5%. Gli unici casi di mancata lettura riguardavano timbri assenti o gravemente distorti. Sulla base dei risultati emersi, Sun Pacific ha ordinato un totale di 15 sistemi VR-3000, ormai integrati e operativi in diversi centri di confezionamento nel centro e nel sud della California.  "Il cliente ha riferito che i sistemi di visione funzionano molto bene", ha concluso Hopkins.

 

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