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Visão mecânica ajuda embalador de frutas cítricas a atingir a conformidade com PTI

Sun Pacific packaging inspection of oranges

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O setor de produtos está mudando para implementar uma abordagem sistemática e global, para rastrear vigorosamente de onde vêm os produtos frescos e para onde eles vão. Um dos maiores desafios neste esforço é o reconhecimento automático de uma ampla variedade de diferentes designs de embalagem e carimbos manuais, atualmente usados para fornecer informações sobre os produtos. A Sun Pacific, a maior cultivadora, embaladora e comercializadora de frutas cítricas nos EUA, superou esse desafio implementando recentemente a solução da iniciativa de rastreabilidade de produtos (PTI) da HarvestMark com os sistemas de inspeção de visão Saber Engineering VR-3000, em várias de suas instalações de embalagem. Os sistemas de inspeção da visão utilizam a tecnologia de reconhecimento de padrões Cognex PatMax® para reconhecer consistentemente os designs da caixa e os carimbos manuais, apesar das diferentes posições e orientações, mudanças na iluminação ambiente e outras variáveis.

Protegendo a cadeia de suprimentos de produtos frescos

Estima-se que o setor de produtos lide com 6 bilhões de caixas nos EUA a cada ano. Em ocasiões muito raras, os produtos contaminados conseguem entrar na cadeia de suprimentos. O PTI foi projetado para identificar a fonte do produto contaminado muito mais rápido e com mais precisão do que é possível com os métodos convencionais. O principal benefício é a redução do risco para os consumidores, garantindo que os produtos contaminados sejam removidos da cadeia de suprimentos o mais rápido possível. O PTI também podem tem o potencial de gerar uma enorme economia de custo, reduzindo o impacto de possíveis recalls e ajudando a cadeia de suprimentos a retomar a operação normal muito mais rápido do que atualmente é possível.

O PTI é baseado em número do item comercial global (GTIN) que pode ser usado para identificar os itens em todos os níveis da embalagem, incluindo item, caixa e pallet. Conforme as melhores práticas atuais, os proprietários da marca atribuem um GTIN de 14 dígitos para cada tipo possível de caixa, com base na mercadoria, subtipo, tamanho, contagem, área de origem, cultivador, embalador, etc. O GTIN, junto com o número de lote, é fornecido na forma legível para seres humanos e codificado em um código de barras em cada caso. Cada manipulador subsequente precisa ter a capacidade de ler e armazenar o GTIN e o número de lote para cada caixa de produto recebido. Caso ocorra um problema, essa abordagem possibilita o rastreamento rápido das mercadorias em cada etapa de manuseio, em todo o caminho de volta até sua origem.

Desfios de conformidade com o PTI

Porém, o setor de produtos enfrenta desafios para atingir a conformidade com o PTI. Tipicamente, os embaladores lidam com muitos tipos diferentes de embalagens, que são misturadas em suas linhas de produção. Com frequência, os clientes possuem seu próprio design de caixa e o produto é embalado em várias caixas diferentes na instalação de embalagem. Os funcionários da linha de embalagem normalmente carimbam as especificações como mercadoria, subtipo, tamanho e contagem no lado da caixa, com um carimbo de borracha. O principal desafio da conformidade com o PTI para o embalador é ler automaticamente o carimbo de borracha e identificar o produto associado ao design da embalagem, em seguida gerar um rótulo que contenha todas essas informações no formato legível para seres humanos e no código de barras 2D, e afixá-lo na lateral da caixa.

A Saber Engineering desenvolveu o sistema independente VR-3000, que utiliza a tecnologia avançada de visão mecânica para distinguir os diferentes tipos de embalagens e carimbos com uma precisão quase perfeita. O VR-3000 reconhece e verifica atributos como o tipo do container de remessa, mercadoria e tamanho, e passa essas informações ao banco de dados HarvestMark para o processamento. Os dados do rastreamento de ida e volta e da produção são hospedados com segurança na plataforma HarvestMark, fornecendo relatórios para a cadeia de suprimentos e permitindo a rastreabilidade sob demanda em qualquer parte da cadeia.

Reconhecendo designs e carimbos da caixa

A solução de visão da Saber Engineering utiliza uma interface máquina/homem (HMI) personalizada em Visual Basic, integrada às ferramentas de visão Cognex VisionPro® para reconhecer designs e carimbos da embalagem. A principal ferramenta usada é o PatMax, uma ferramenta de localização de peças e características que utiliza uma tecnologia avançada de comparação de padrões geométricos para identificar e localizar os padrões de maneira confiável e precisa.

A comparação de padrões pode ser extremamente difícil, porque muitas variáveis podem alterar a maneira como a aparência de um objeto é interpretada por um sistema de visão. A tecnologia tradicional de correspondência de padrão se baseia em um processo de análise de grade de pixels comumente conhecido como correlação normalizada. Esse método procura por similaridade estatística entre o modelo de nível de cinza (ou imagem de referência) de um objeto ou partes da imagem para determinar a posição X/Y do objeto. Embora seja eficiente em determinadas situações, essa abordagem limita tanto a capacidade de localizar objetos como a precisão com que eles podem ser localizados, sob condições de variação da aparência comum a linhas de produção, como mudanças no ângulo, tamanho e sombreamento do objeto.

Por outro lado, a tecnologia PatMax aprende a geometria de um objeto usando um conjunto de curvas limite que não esteja amarrado a uma grade de pixels e procura por formas similares na imagem sem se basear em níveis específicos de cinza. O resultado é um avanço revolucionário na capacidade de localizar objetos com precisão independentemente das mudanças em ângulo, tamanho e sombreamento. "Experimentamos todas as ferramentas populares de reconhecimento de padrões disponíveis", explica Dennis Hopkins, presidente da Saber Engineering. “O PatMax funciona melhor e nenhuma das outras chega perto".

Obter a iluminação e o ângulo da câmera certos, também importantes para o sucesso de uma aplicação de visão, pode ser difícil em uma instalação típica de embalagem. A iluminação do ambiente pode mudar com base na posição do sol e das nuvens. As caixas não são precisamente posicionadas na linha, de forma que podem ficar mais próximas ou distantes da câmera do que o previsto, e sua orientação também pode mudar. Em muitos casos, a câmera deve ser capaz de ler vários lados da caixa, por exemplo, ler o carimbo manual em um lado e a arte quem indica o tipo da embalagem no outro lado. Nesse caso, a câmera precisa ser angulada em relação à caixa, para que possa ler vários lados.

O VR-3000 usa uma câmera de Ethernet com uma luz estroboscópica de LED de 120 watts. "A luz é muito forte e se difunde bem, portanto acomoda uma enorme variação nos tipos de caixa", explica Hopkins. O sistema foi projetado para uso em um cenário industrial, com um eixo que fornece 81 cm de ajuste vertical. Tipicamente, o sistema pode suportar até 15 cm de desalinhamento sem perder a precisão. Isso inclui entrada/saída discreta para se comunicar com o controlador de lógica programável (PLC) e uma saída de Ethernet para se comunicar com a impressora e o sistema HarvestMark.

Aprendendo a reconhecer novos produtos

Os embaladores estão continuamente adicionando diferentes embalagens e carimbos à sua linha. O VR-3000 facilita para os operadores o treinamento do sistema para reconhecer novos designs e carimbos da caixa, simplesmente colocando uma caixa na frente da câmera e pressionando "aprender" na interface homem/máquina (HMI). Uma imagem da caixa aparece na HMI, junto com três janelas sobrepostas sobre a caixa representando a área analisada pelas ferramentas de inspeção do PatMax. O operador ajusta as ferramentas para que cubram as áreas que precisam ser inspecionadas. Tipicamente, estas são características distintivas do design que diferenciam o design da caixa e o carimbo, indicando o subtipo, tamanho e contagem do produto. Quando a Saber Engineering e a HarvestMark instalam um novo sistema, a Saber caracteriza o VR-3000 para lidar com todas as caixas e carimbos existentes do cliente durante a fase de instalação, enquanto o pessoal da HarvestMark realiza a instalação e o treinamento. Além disso, a Saber fornece treinamento aos novos funcionários designados pelo cliente, sobre como acrescentar caixas e carimbos adicionais para futuras alterações na linha de produção.

A Sun Pacific embarcou recentemente em uma iniciativa para atingir a conformidade com o PTI em suas operações de embalagem. A empresa lançou uma concorrência entre a Saber Engineering e outro fornecedor de soluções automatizadas para identificação e rotulagem de caixas, e os testou lado a lado por dois meses. As duas soluções foram projetadas para reconhecer automaticamente a arte da embalagem, os carimbos e marcações das caixas de produtos e, com base neles, determinar o GTIN associado à caixa à medida que ela percorre a linha, em velocidades de até 3.100 caixas por hora. A solução gera automaticamente o rótulo certo e o aplica na caixa na velocidade da linha de preenchimento. 

Na competição, o VR-3000 leu as caixas e carimbos do cliente com uma taxa de leitura acima de 99,5%. As únicas caixas que não foram lidas foram aquelas cujo carimbo estava ausente ou gravemente desfigurado. Com base nos resultados da competição, a Sun Pacific solicitou no total 15 sistemas VR-3000, que agora estão implantados e operando em várias instalações de embalagem localizadas por todo o centro e sul da Califórnia. "O cliente nos informou que os sistemas de visão apresentam um desempenho extremamente bom", conclui Hopkins.

 

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