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機器視覺協助柑橘包裝批發商確實遵循 PTI

Sun Pacific packaging inspection of oranges

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VisionPro 機器視覺軟體

讓使用者即使面對難度最高的二維與三維視覺應用,也都能迅速設定和部署。

農產運銷業正在實行一個有系統、全產業適用的方法,密切追蹤新鮮農產品的來處與去向。此一努力所面臨的其中一項最大難題是,自動識別目前用以提供農產品相關資訊的眾多不同包裝設計與手蓋戳記。美國最大的柑橘類水果栽培者、包裝批發商及產銷商最近透過在其數間包裝工廠採用 Saber Engineering VR-3000 視覺檢測系統,實作「HarvestMark 產品追蹤性計劃」(PTI) 解決方案,已克服這項難題。儘管貨箱位置與方向各有不同,周圍的照明與其他變數不時改變,這些視覺檢測系統利用康耐視 PatMax® 圖像識別技術,仍可持續識別貨箱設計與手蓋戳記。

保護新鮮農產品供應鏈

美國的農產品運銷業每年估計會處理 60 億箱農產品。在極罕見的情況下,才有受污染的農產品進入供應鏈。PTI 的設計目的是為了,更迅速確認受污染農產品的源頭,而且可比傳統方法更為準確。首要優點是可確保會儘快將供應鏈中受污染的產品下架,降低消費者的風險。PTI 也藉由縮小受產品召回影響的層面,協助供應鏈以比目前還要快的速度恢復正常營運,進而可能節省巨額成本。

PTI 是以「全球交易品項識別代碼」(GTIN) 為基礎,此代碼可用來識別所有包裝規格的交易品項,包括貨品、貨箱以及貨板。按照目前的最佳做法,品牌擁有者根據貨品、子類型、大小、總數、原產地、栽培者、包裝批發商等各種可能的貨箱類型,分別指派一個 14 位數的 GTIN。各貨箱上的 GTIN 和批號都是以人工可讀的格式提供,並編碼成一個條碼。接下來,後續的各個處理者需要能夠讀取和儲存所收到每箱農產品的 GTIN 與批號。萬一發生問題,此方法才能夠透過各個處理步驟快速地追蹤產品,直到找出源頭。

遵循 PTI 所面臨的難題

但農產品運銷業面臨的難題落在確實遵循 PTI 方面。包裝批發商通常要在生產線上處理許多混合在一起的不同包裝類型。客戶通常都有各自貨箱設計,然後才在包裝工廠將其農產品裝入許多不同客戶的貨箱。包裝生產線的作業人員通常會使用橡膠章,在貨箱側面蓋上規格,例如貨品、子類型、大小以及總數。包裝批發商遵循 PTI 所面臨的首要挑戰是,自動讀取橡膠章戳記以及識別與產品關聯的包裝設計,接著以人工可讀與 2D 條碼的格式,自動產生含有前述所有資訊的標籤,然後將其貼在貨箱側面。

Saber Engineering 開發出功能完備的 VR-3000 系統,其採用先進的機器視覺技術來區分不同的包裝類型與戳記,其準確度近乎完美。VR-3000 可辨識和檢驗如裝箱類型、貨品以及尺寸等屬性,還可將此資訊傳送到 HarvestMark 資料庫進行處理。向前、向後追蹤以及生產資料都安全地裝載在 HarvestMark 平台,可供產生供應鏈報告,以及能夠視需求在供應鏈的任一環節進行追蹤。

辨識貨箱設計與戳記

Saber Engineering 的視覺解決方案採用與康耐視 VisionPro® 視覺工具整合的專用 Visual Basic 人機介面 (HMI),來辨識包裝設計與戳記。使用的主要工具是 PatMax 零件與特徵定位工具,其採用先進的幾何圖樣比對技術,能夠既可靠又準確地識別並找出圖樣。

因為許多變數會都改變視覺系統的物件呈現方式,所以要進行圖樣比對可能極為困難。傳統的圖樣比對技術仰賴像素方格分析流程,一般稱為正規化關聯。此方法會尋找物件的灰階模型 (或參考影像) 與影像部分之間的統計相似度,藉此決定物件的 X/Y 位置。雖然在某些情況下有效,但在生產線常見的情況就是外觀不斷變化,例如物件角度、尺寸以及明暗有所改變,使得此方法在尋找物件和精準定位方面的能力都受到限制。

PatMax 技術使用一組與像素方格無關的邊界曲線,瞭解物件的幾何圖形,然後在影像中搜尋類似的形狀,而不需要依賴特定的灰階。結果是革命性地改善精準尋找物件的能力,而不再受物件角度、尺寸及明暗改變所影響。Saber Engineering 總裁 Dennis Hopkins 表示:「我們試用過市面上所有受歡迎的圖像識別工具,PatMax 的效果最佳,其他工具無一可與之比擬」。

對於成功的視覺應用而言,能有正確的照明與攝影機角度也很重要,而這在一般的包裝工廠中可能難以做到。周遭的光線可能會因為太陽與雲朵遮蔽的位置而有所改變。若未準確將貨箱放在生產線上,其與攝影機間的距離可能會比預期更靠近或更遠,而且方向上也可能有變化。在許多情況下,攝影機需要能夠讀取貨箱的多個面,例如讀取貨箱某側的手蓋戳記,以及另一面上指出包裝類型的圖案。因此,朝貨箱擺放攝影機的角度必須能夠讀取多個箱面。

VR-3000 使用配有 120 瓦 LED 閃爍燈具的乙太網路攝影機。Hopkins 表示:「此燈光十分明亮且漫射範圍廣,可以順應許多不同的貨箱類型」。此系統是專為在工業環境中使用而設計,其手調式曲柄可以垂直調整系統位置達 32 英吋。6 英吋內的偏位情況不會影響該系統的準確度。系統包括能與可程式邏輯控制器 (PLC) 通訊的分離式 I/O,以及可與印表機與 HarvestMark 系統通訊的乙太網路輸出。

學習辨識新產品

包裝批發商生產線上的不同包裝與戳記會一直不停地增加。VR-3000 只需要操作人員將貨箱放在攝影機前方,然後在人機介面 (HMI) 按下「學習」,即可輕鬆地訓練系統辨識新的貨箱設計與戳記。貨箱圖像會隨即出現在 HMI 上,貨箱圖像上方還有三個重疊視窗,代表靜待 PatMax 檢測工具詳細審察的區域。操作人員可以調整工具,直到涵蓋所需檢測的區域。上述區域通常是指可區分貨箱設計的獨特設計特徵,以及指出農產品子類型、大小及總數的戳記。當 Saber Engineering 與 HarvestMark 安裝新系統時,Saber 會讓 VR-3000 學習處理客戶現有的所有貨箱與戳記特徵,同時指導 HarvestMark 人員進行安裝和接受訓練。此外,Saber 會訓練新客戶的指派員工,學習如何新增其他貨箱與戳記,以因應生產線未來的變更。

Sun Pacific 近期投入一項計劃,致力於使其包裝作業確實遵循 PTI。該公司讓 Saber Engineering 與另一個自動化貨箱識別與貼標解決方案供應商展開競爭,同時執行兩者的解決方案達兩個月。兩種解決方案的設計都是透過自動辨識農產品貨箱上的圖案、戳記及標記,並在貨箱以每小時高達 3,100 個貨箱的速度於生產線上移動時,據以判斷與該貨箱關聯的 GTIN。解決方案會自動產生正確的標籤,然後以可跟上生產線行進的速度貼在貨箱。

在彼此較量之下,VR-3000 讀取客戶的貨箱與戳記時能達到 99.5% 以上的讀率。未能讀取的只有戳記遺失或嚴重污損的那些貨箱。根據競賽結果,Sun Pacific 總計訂購 15 個 VR-3000 系統,目前已部署在加州中部與南部的數間包裝工廠並在運作中。Hopkins 總結指出:「客戶告訴我們,視覺系統的表現成果非凡」。

 

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