고객 사례

Citrus Packer, 머신비전으로 PTI 컴플라이언스 구현

Sun Pacific packaging inspection of oranges

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VisionPro 머신비전 소프트웨어

가장 난이도 높은 2D 및 3D 비전 애플리케이션에서도 사용자가 신속하게 설정 및 적용을 수행할 수 있습니다.

식품생산 업계는 수확에서부터 유통, 판매까지 신선 제품의 이동 경로를 면밀히 파악할 수 있도록 업계 전반에 걸친 체계적인 접근 방법을 구현하는 움직임을 보이고 있습니다. 이러한 노력에 있어 최대의 난관 중 하나는 식품에 관한 정보를 제공하기 위해 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 포장 디자인과 핸드 스탬프의 자동 인식에 있습니다. 미국 최대의 감귤 재배, 포장 및 판매업체인 Sun Pacific은 최근, 여러 포장 설비에 Saber Engineering VR-3000 비전 검사 시스템과 함께 HarvestMark 제품 추적 전략(PTI) 솔루션을 구현하여 이 문제를 극복하였습니다. 이러한 비전 검사 시스템은 Cognex PatMax® 패턴 인식 기술을 이용하여 케이스 위치나 방향, 실내 조겸과 기타 변수의 변화 등에 상관없이 케이스 디자인과 핸드 스탬프를 일관되게 인식할 수 있습니다.

신선 제품의 공급망 보호

식품생산 업계는 매년 미국에서 액 60억 개의 제품 케이스를 취급합니다. 매우 드문 경우이지만 오염된 식품이 공급망을 통해 유통되기도 합니다. PTI는 기존의 방법에 비해 오염된 식품의 출처를 훨씬 빠르고 정확하게 파악하기 위해 고안되었습니다. 가장 큰 이점은 가능한 한 조속히 오염된 식품을 공급망에서 없앰으로써 소비자에게 미치는 위험을 최소화할 수 있다는 것입니다. 또한 PTI는 잠재적인 리콜 영향을 줄이고 현재 가능한 것보다 훨씬 더 빨리 공급망의 정상 운영을 재개할 수 있도록 지원함으로써 대규모의 비용 절감 효과를 가져다 줄 수 있습니다.

PTI는 품목, 케이스, 팔레트 등을 포함한 모든 포장 수준에서 거래 품목을 식별하기 위해 사용할 수 있는 GTIN(국제 거래 단위 번호)을 기반으로 합니다. 현재의 모범 사례에 따라 브랜드 소유자들은 상품, 하위 유형, 크기, 개수, 원산지, 재배업체, 포장업체 등을 기준으로 가능한 모든 케이스 유형에 14자리의 GTIN을 할당합니다. 로트 번호와 함께 이 GTIN은 사람이 판독할 수 있는 형태로 제공되고 각 케이스의 바코드에 포함됩니다. 이후 각각의 처리업체는 입고된 각 식품 케이스의 GTIN과 로트 번호를 판독하여 저장할 수 있는 역량을 갖추어야 합니다. 문제가 발생한 경우, 이 접근 방법으로 출처에서부터 각 처리 단계까지 유통된 물품을 신속히 추적할 수 있습니다.

PTI 컴플라이언스 과제

하지만 식품생산 업계는 PTI 컴플라이언스를 구현하는 과정에서 난관에 부딪혔습니다. Packers는 일반적으로 생산 라인에서 여러 종류의 포장이 서로 혼합된 상태로 처리합니다. 종종 고객이 자체적인 케이스 디자인을 사용하는 경우가 있고, 이 때에도 해당 식품은 포장 공장에서 고객의 여러 다른 케이스에 포장됩니다. 포장 라인의 작업자는 보통 상품, 하위 유형, 크기, 개수 등과 같은 사양이 인쇄된 고무 스탬프를 케이스 측면에 찍습니다. 포장업체가 직면한 최대의 PTI 컴플라이언스 난관은 고무 스탬프를 자동으로 판독하고 포장 디자인과 관련된 제품을 식별한 다음, 사람이 판독 가능한 형태와 2D 바코드 형태 모두로 이러한 모든 정보를 포함한 라벨을 자동으로 생성하여 케이스 측면에 부착하는 일입니다.

Saber Engineering은 첨단 머신비전 기술을 활용하여 거의 완벽한 정확도로 서로 다른 종류의 포장과 스탬프를 구분할 수 있는 완벽한 기능을 갖춘 VR-3000 시스템을 개발하였습니다. VR-3000은 배송 컨테이너 종류, 상품, 크기 등의 특성을 인식 및 확인하여 이 정보의 처리를 위해 HarvestMark 데이터베이스로 전달합니다. 트레이스 백, 트레이스 포워드 및 생산 데이터는 HarvestMark 플랫폼에 안전하게 호스팅되어 공급망 보고 기능을 전달하고 공급망 어디서든 주문형 추적이 가능하게 합니다.

케이스 디자인과 스탬프 인식

Saber Engineering의 비전 솔루션은 Cognex VisionPro® 비전 툴이 통합된 맞춤형 비주얼 베이직 HMI(휴먼 머신 인터페이스)를 이용하여 포장 디자인과 스탬프를 인식합니다. 사용되는 주요 툴은 PatMax 부품 및 피처 위치 찾기 툴로, 첨단 형상 패턴 매칭 기술을 이용하여 패턴을 믿을 수 있고 정확하게 식별하여 찾아냅니다.

여러 변수들로 인해 비전 시스템에서 물체가 표시되는 방식이 달라질 수도 있기 때문에 패턴 매칭은 매우 어려운 분야입니다. 전통적으로 패턴 매칭 기술은 균일화 보정이라는 픽셀 그리드 분석 과정을 이용합니다. 이 방식은 물체의 회색조 모델 또는 레퍼런스 이미지와 이미지의 일부분 사이에서 통계적 유사성을 찾고 이 정보를 이용해서 물체의 X/Y 위치를 파악합니다. 이 방식은 특정한 상황에서는 효율적이지만 생산 라인에서 공통적으로 발생하는 특징인 물체 각도, 크기, 색조의 변경 등, 겉모습이 변화하는 조건에서는 물체를 찾는 능력과 찾은 물체의 정확성 모두 한계가 있습니다.

반면 PatMax 기술은 픽셀 그리드에 연결되지 않은 경계 곡면 집합을 이용해서 물체의 형상을 학습한 후 특정 회색조에 의존하지 않고 이미지 내에서 유사한 형태를 찾습니다. 그 결과로, 각도, 크기, 색조 등에서의 변화가 있더라도 정확하게 물체를 찾을 수 있는 능력이 혁신적으로 개선됩니다. Saber Engineering의 Dennis Hopkins 사장은 “시중에 나와 있는 인기 있는 패턴 인식 툴을 모두 시험해 보았습니다.”라면서, “PatMax가 가장 탁월한 결과를 보였고 나머지 툴들은 그 근처에도 미치지 못했습니다.”고 말했습니다.

성공적인 비전 애플리케이션에서 중요한 요소를 차지하는 적합한 조명과 카메라 각도 설정은 전형적인 포장 공장에서는 어려운 작업일 수 있습니다. 실내 조명은 태양의 위치와 구름양에 따라 변할 수 있습니다. 박스도 라인에 정밀하게 배치되지 않으므로 예상보다 카메라에 더 가깝거나 멀어질 수 있고 방향이 변할 수도 있습니다. 많은 경우, 카메라는 박스의 여러 면을 판독할 수 있어야 합니다. 예를 들어, 박스 한 쪽 면의 핸드 스탬프와 다른 면에서 포장 종류를 나타내는 아트워크를 판독해야 합니다. 이 경우, 여러 면을 판독할 수 있도록 박스에 대해 카메라를 기울여 방향을 조정해야 합니다.

VR-3000은 120 와트 LED 스트로브 광원을 지원하는 이더넷 카메라를 사용합니다. Hopkins는 “빛이 매우 밝고 효과적으로 확산되기 때문에 다양한 박스 종류를 수용할 수 있습니다.”라면서, 이 시스템은 32인치 수직 조정을 제공하는 핸드 크랭크와 함께 산업 환겨에서 사용하도록 설계되었습니다. 일반적으로 정확도의 손실 없이 최대 6인치의 조정 불량을 견딜 수 있습니다. 또한 프로그램 가능 논리 컨트롤러(PLC) 및 이더넷 출력과 통신하여 프린터 및 HarvestMark 시스템과 통신할 수 있도록 분리형 I/O가 포함됩니다.

신제품 인식 학습

Packers는 지속적으로 라인에 다른 포장과 스탬프를 추가하고 있습니다. VR-3000은 작업자가 카메라 앞에 박스를 놓고 HMI(휴먼 머신 인터페이스)에서 “습득”을 눌러 시스템이 새로운 케이스 디자인과 스탬프를 인식하도록 손쉽게 훈련할 수 있습니다. 그러면 PatMax 검사 툴에 의해 철저히 검사된 영역을 나타내는 3개 창이 박스에 겹쳐진 상태로 HMI에 박스의 그림이 나타납니다. 작업자는 해당 창이 검사할 영역을 덮도록 툴을 조정할 수 있습니다. 이는 일반적으로 식품의 하위 유형, 크기 및 개수를 나타내는 케이스 디자인과 스탬프를 구분 짓는 독특한 디자인 특징에 해당합니다. Saber Engineering와 HarvestMark가 새로운 시스템을 설치할 때 Saber가 설치 단계 중 VR-3000에서 고객의 모든 기존 케이스와 스탬프를 처리하도록 특정을 지정하는 한편, HarvestMark 작업자가 설치와 훈련을 수행합니다. 또한 Saber는 직원에게 배정된 신규 고객에게 향후 생산 라인 변경에 따라 케이스와 스탬프를 추가하는 방법에 대한 교육을 제공합니다.

Sun Pacific은 최근 포장 작업에서 PTI 컴플라이언스를 구현하기 위한 추진 전략을 착수하였습니다. 이에 Saber Engineering과 다른 자동 케이스 식별 및 라벨링 솔루션 공급업체 간에 경쟁 구도를 설정하고, 2개월 동안 협력하여 작업을 수행하였습니다. 두 솔루션 모두 식품 케이스의 박스 아트워크, 스탬프 및 마킹을 자동으로 인식하도록 고안되었으며, 이를 바탕으로 시간당 최대 3,100개 박스를 처리하는 속도로 박스가 이동할 때 연결된 GTIN을 파악합니다. 이 솔루션은 올바른 라벨을 자동으로 생성하여 충전 라인 속도로 박스에 부착합니다.

이 경쟁에서 VR-3000은 99.5% 이상의 판독률로 고객의 박스와 스탬프를 판독하였습니다. 판독되지 않은 유일한 케이스는 스탬프가 누락되었거나 심하게 변형된 경우였습니다. 경쟁 결과를 토대로, Sun Pacific은 총 15대의 VR-3000 시스템을 주문하여 현재 중남부 캘리포니아 도처에 위치한 여러 포장 시설에 구축하여 작동 중에 있습니다. Hopkins는 “고객은 비전시스템이 매우 탁월한 성능을 발휘하고 있다고 전했습니다.”고 결론을 지었습니다.

 

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