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機(jī)器視覺
包裝
PTI
- 摘要：農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)正在轉(zhuǎn)向使用系統(tǒng)化的方式密切跟蹤新鮮農(nóng)產(chǎn)品的來源和去向。這個過程遇到的一大挑戰(zhàn)就是，包裝上用于提供農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)信息的各種包裝設(shè)計和手工印章難以自動識別。本文介紹Saber Engineering VR-3000視覺檢測系統(tǒng)，利用這一系統(tǒng)實施HarvestMark產(chǎn)品可追溯性計劃（PTI）解決方案，從而成功克服了這一挑戰(zhàn)。
農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)正在轉(zhuǎn)向使用系統(tǒng)化的方式密切跟蹤新鮮農(nóng)產(chǎn)品的來源和去向。這個過程遇到的一大挑戰(zhàn)就是，包裝上用于提供農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)信息的各種包裝設(shè)計和手工印章難以自動識別。
Sun Pacific公司是美國最大的柑橘類水果種植商、包裝商和經(jīng)銷商，最近，其在多個包裝工廠采用了Saber Engineering VR-3000視覺檢測系統(tǒng)，以實施HarvestMark產(chǎn)品可追溯性計劃（PTI）解決方案，從而成功克服了這一挑戰(zhàn)。盡管存在包裝箱位置和朝向各不相同、環(huán)境光線變化以及其他可變因素，但這些視覺檢測系統(tǒng)利用康耐視強(qiáng)大的PatMax圖案識別技術(shù)，仍然能夠穩(wěn)定地識別包裝箱設(shè)計和手工印章。
保障新鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的安全
美國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)每年要處理約60億箱農(nóng)產(chǎn)品。極少數(shù)情況下，受染污的農(nóng)產(chǎn)品也有可能會進(jìn)入供應(yīng)鏈。PTI的目的是確保能夠比傳統(tǒng)方法更快速、更準(zhǔn)確地找到受污染農(nóng)產(chǎn)品的來源。其最大的優(yōu)勢就是能夠保證盡快將受污染的農(nóng)產(chǎn)品從供應(yīng)鏈中剔除，從而減少消費者面臨的風(fēng)險。同時，PTI還能夠減少潛在的產(chǎn)品召回影響，并以比當(dāng)前更快的速度幫助供應(yīng)鏈恢復(fù)正常運行，因此具有大幅降低成本的潛力。
PTI采用全球貿(mào)易項目標(biāo)識代碼（GTIN），可用于識別各個包裝層次的交易項目，包括項目、包裝箱和貨盤。根據(jù)當(dāng)前的最佳實踐，品牌所有者會根據(jù)產(chǎn)品、子類型、大小、數(shù)量、原產(chǎn)地、種植商、包裝商等，為每個可能的包裝箱類型分配一個14位的GTIN代碼。GTIN代碼和批號是以人類可讀的方式提供的，并以條碼的形式印在每個包裝箱上。這樣，每個后續(xù)的處理商都必須能夠讀取和存儲所收到的各個農(nóng)產(chǎn)品包裝箱上的GTIN代碼和批號。一旦出現(xiàn)問題，這種方式便能夠快速跟蹤產(chǎn)品的各個處理步驟，直至產(chǎn)品的來源地。
PTI合規(guī)性難題
但農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)在PTI合規(guī)性方面面臨著許多挑戰(zhàn)。包裝商通常要處理生產(chǎn)線上混合在一起的各種類型的包裝。通常情況下，客戶都有自己的包裝箱設(shè)計，包裝工廠需要將農(nóng)產(chǎn)品包裝到客戶定制的各種包裝箱中。包裝線上的工人通常使用橡膠戳將產(chǎn)品、子類型、大小和數(shù)量等信息印在包裝箱側(cè)面。PTI合規(guī)性的最大挑戰(zhàn)就是，包裝商需要快速讀取橡膠戳，以識別與包裝設(shè)計相關(guān)的農(nóng)產(chǎn)品，然后自動生成一個包含所有這些信息的人類可讀格式和二維代碼格式的標(biāo)簽，并粘貼到包裝箱側(cè)面。
Saber Engineering公司開發(fā)了一款獨立式VR-3000系統(tǒng)，其能夠利用先進(jìn)的機(jī)器視覺技術(shù)區(qū)分各種包裝和印章，并且準(zhǔn)確率接近完美。VR-3000系統(tǒng)識別并驗證集裝箱類型、商品和大小等屬性，然后將這些信息發(fā)送到HarvestMark數(shù)據(jù)庫進(jìn)行處理。向后、向前跟蹤和生產(chǎn)數(shù)據(jù)均安全地儲存在HarvestMark平臺上，從而能夠在供應(yīng)鏈的任何位置提供供應(yīng)鏈報告，并啟用按需跟蹤功能。
識別包裝箱設(shè)計和印章
Saber Engineering公司的視覺解決方案采用自定義Visual Basic人機(jī)界面（HMI），并集成康耐視VisionPro視覺工具，以識別包裝設(shè)計和印章。所使用的主要工具是PatMax元件和特征定位工具，其利用先進(jìn)的幾何圖案匹配技術(shù)可靠而準(zhǔn)確地識別和定位圖案。
圖案匹配有時會非常困難，因為許多可見因素都可能會影響到物品在視覺系統(tǒng)中的呈現(xiàn)方式。傳統(tǒng)圖案匹配技術(shù)依靠像素網(wǎng)格分析流程，通常稱為‘歸一化相關(guān)法’。這種方法尋找物品的灰度模型或基準(zhǔn)圖像與圖像各部分之間的統(tǒng)計學(xué)相似性，然后確定物品的X/Y軸位置。盡管這種方法在某些情況下非常有效，但當(dāng)生產(chǎn)線上出現(xiàn)的物品經(jīng)常性地發(fā)生變化時（如物品角度、尺寸和外形變化等），這種方法尋找物品的能力及其讀取物品的準(zhǔn)確性就會受到限制。
然而，PatMax技術(shù)采用一系列不依賴于像素網(wǎng)格的邊界曲線了解物品的幾何形狀，然后在圖像中尋找相似的形狀，這種技術(shù)不受特定灰度的限制。因此，不管物品的角度、大小和形狀如何變化，這種技術(shù)都能夠準(zhǔn)確地找到物品，物品定位能力真正獲得了根本性的改進(jìn)。“我們嘗試了市場上各種常見的圖案識別工具，”Saber Engineering公司總裁Dennis Hopkins 說道，“PatMax是最好的，其他工具都相差甚遠(yuǎn)。”
正確的光源和相機(jī)角度也是視覺應(yīng)用取得成功的一個重要因素，而這對于典型的包裝工廠來說也是一個難題。環(huán)境光線會隨著太陽和云層的位置而變化。而且，包裝盒也不可能始終位于生產(chǎn)線上的準(zhǔn)確位置，因此，它們離相機(jī)的距離可能比預(yù)期遠(yuǎn)，也可能比預(yù)期近，并且其朝向也可能會發(fā)生變化。在許多情況下，相機(jī)必須能夠讀取包裝盒的多個側(cè)面，例如，讀取一個側(cè)面上的手工印章，再讀取另一個側(cè)面上注明包裝類型的圖案。
VR-3000使用帶120瓦LED頻閃燈的以太網(wǎng)相機(jī)。“光線非常明亮，而且分布非常均勻，因此可以滿足多種包裝箱類型的照明需求。”Hopkins說道。該系統(tǒng)主要用于工業(yè)環(huán)境，配備一個手動曲柄，可提供32英寸的垂直調(diào)整范圍。該系統(tǒng)通常可接受多達(dá)6英寸的對準(zhǔn)誤差，不會影響準(zhǔn)確率。它包含離散型I/O，能夠與可編程邏輯控制器（PLC）通信，還有一個以太網(wǎng)輸出，可與打印機(jī)和HarvestMark系統(tǒng)通信。
學(xué)習(xí)識別新產(chǎn)品
包裝商的生產(chǎn)線上會一直添加各種各樣的新包裝和印章。VR-3000系統(tǒng)使操作員能夠非常方便地培訓(xùn)系統(tǒng)識別新的包裝箱設(shè)計和印章：只需將一個包裝箱放到相機(jī)前面，然后按下人機(jī)界面（HMI）上的“學(xué)習(xí)”按鈕即可。然后，人機(jī)界面上會顯示包裝箱的圖片，而且包裝箱上有三個疊加的窗口，表示PatMax檢測工具詳細(xì)檢查的區(qū)域。操作員調(diào)整工具，使其覆蓋需要檢測的區(qū)域。這些通常都是區(qū)分包裝箱設(shè)計和印章的直觀設(shè)計特征，表明農(nóng)產(chǎn)品的子類型、尺寸和數(shù)量。Saber Engineering和HarvestMark安裝新系統(tǒng)時，Saber在安裝階段對VR-3000進(jìn)行了特別配置，以處理客戶現(xiàn)有的所有包裝箱和印章，同時由HarvestMark人員進(jìn)行安裝和培訓(xùn)。此外，Saber還為員工提供了有關(guān)如何添加額外包裝箱和印章的培訓(xùn)，以備將來生產(chǎn)線變化之需。
Sun Pacific最近在其包裝生產(chǎn)中啟動了一項計劃，以遵守PTI規(guī)定。該公司同時運行Saber Engineering和另一家供應(yīng)商的自動化包裝箱識別和標(biāo)簽解決方案兩個月，以進(jìn)行效果對比。兩種解決方案的用途均是自動識別農(nóng)產(chǎn)品包裝箱上的圖片、印章和標(biāo)記，然后在此基礎(chǔ)上確定以每小時3100箱的高速度在生產(chǎn)線上經(jīng)過的包裝盒的GTIN代碼（全球貿(mào)易項目標(biāo)識代碼）。該解決方案將在包裝線的高速度下，自動生成正確的標(biāo)簽，并將其張貼到包裝盒上。
在效果對比中，VR-3000系統(tǒng)對客戶包裝盒和印章的讀取率高于99.5%。只有那些印章缺失或受到嚴(yán)重?fù)p壞的包裝盒無法讀取。根據(jù)效果對比結(jié)果，Sun Pacific一共訂購15套VR-3000系統(tǒng)，現(xiàn)已部署并運行于加利福尼亞中部和南部的多個包裝廠房。“客戶告訴我們，視覺系統(tǒng)的運行效果非常不錯。”Hopkins總結(jié)道。
