Ispezione di etichette nell'industria Beverage e Personal Care

Nelle industrie Beverage e Personal Care, l'ispezione di etichette rappresenta una sfida complessa per i sistemi di controllo qualità automatizzati, in particolare nei casi di etichette trasparenti o con lo stesso colore del contenitore. L'elevata variabilità di forma, materiali, caratteristiche superficiali quali opacità, trasparenza, colori e texture, sia di etichette sia di contenitori, può generare contrasti di luce variabili e non del tutto prevedibili, rendendo il controllo inaffidabile se non si adotta un approccio integrato che combini ottica, illuminazione e software in modo sinergico.

Questo articolo illustra come Opto Engineering affronti queste applicazioni attraverso un bundle completo di componenti di visione artificiale: ottiche ad alta risoluzione, illuminatori ottimizzati per esaltare i contrasti in modo stabile, telecamere affidabili e ad alto frame rate e software configurabili sia per i numerosi task di analisi delle immagini, sia per la gestione dei dispositivi in macchine e l'interfaccia con l'utente. In questo articolo, inoltre, verranno analizzati i requisiti specifici dei settori Beverage e Personal Care e le configurazioni più efficaci per ciascun caso d'uso.

Questo articolo affronta il tema dell'ispezione di etichette nei settori Beverage e Personal Care e sulle sfide che esse pongono ai sistemi di visione artificiale industriale. L'argomento viene sviluppato con un percorso che parte dalla natura del problema, ovvero la difficoltà di evidenziare con un contrasto stabile le caratteristiche delle etichette da ispezionare, per arrivare alle soluzioni hardware e software che Opto Engineering mette a disposizione degli integratori e degli operatori dell'automazione. Vengono analizzate le differenze tra le esigenze del settore Beverage e quelle del Personal Care, le tecniche di illuminazione più efficaci, il ruolo delle e le funzionalità del software di image processing. L'obiettivo è fornire un quadro di riferimento completo per chi progetta o valuta l'inserimento di sistemi di ispezione ottica su linee produttive ad alta velocità preposte al controllo di etichette.

Questioni trattate in questo articolo:

• Perché l'ispezione di etichette è una sfida per i sistemi di visione?

• Quali sono i requisiti specifici del settore Beverage nell'ispezione delle etichette?

• Come si affronta il controllo qualità etichette nel settore Personal Care?

• Quali componenti ottici e di illuminazione sono necessari per ispezionare etichette?

• Come funziona l'analisi via software nei sistemi di ispezione etichette automatizzati?

• Qual è il valore di un approccio bundle integrato per il controllo qualità etichette?

Perché l'ispezione di etichette è una sfida per i sistemi di visione

Il rilevamento ed ispezione di etichette è un caso d'uso critico nella visione artificiale industriale.

Possibili criticità dipendono dal contrasto tra etichetta e supporto (che può essere cromatico o dovuto a caratteristiche superficiali quali l'opacità), dai riflessi di etichetta e substrato che possono creare artefatti, e dalla forma spesso tridimensionale, arrotondata o irregolare di supporto ed etichetta. Due casi particolarmente critici sono quello delle etichette trasparenti, che trasmettono la luce ed assumono il colore e le texture del contenitore retrostante, e quello delle etichette dello stesso colore e materiale del supporto, per il quale generare un contrasto rilevabile nell'immagine può rappresentare una sfida complessa.

Le criticità si moltiplicano quando si considerano le condizioni reali di una linea produttiva: contenitori in vetro o PET di forme diverse, velocità di trasporto sostenute che raggiungono decine o centinaia di pezzi al minuto, variazioni di lotto nel materiale dell'etichetta, umidità superficiale e vibrazioni meccaniche. In questo contesto, un sistema di ispezione etichette deve essere robusto, flessibile e calibrato per garantire un tasso di rilevamento affidabile senza falsi positivi che interrompano il flusso produttivo.

Opto Engineering, in quanto azienda che progetta, produce e commercializza tutti i componenti di un sistema di visione - ottiche, telecamere, illuminatori e software - è nella posizione unica di configurare soluzioni dove ogni elemento è stato concepito per funzionare in armonia con gli altri. Questa filosofia di bundle integrato è il fondamento dell'approccio all'ispezione etichette nei settori Beverage e Personal Care.

Quali sono i requisiti specifici del settore Beverage nell'ispezione delle etichette

Il settore Beverage è caratterizzato da volumi di produzione elevati, velocità di linea sostenute e un'ampia varietà di formati: bottiglie di vetro, bottiglie PET, lattine e flaconi in materiali compositi. Il controllo qualità di etichette nel settore Beverage deve rispondere a requisiti precisi che vanno ben oltre la semplice verifica di presenza/assenza dell'etichetta.

I principali controlli richiesti su una linea Beverage includono:

• la verifica della presenza/assenza dell'etichetta sul contenitore;

• il controllo del posizionamento corretto sia in termini di centratura orizzontale che di altezza;

• la valutazione dell'integrità fisica, che comprende l'assenza di pieghe, strappi, bolle o porzioni;

• la lettura di codici di riferimento e numeri di lotto tramite ispezione OCR;

• la verifica dell'assenza di doppia etichetta, condizione in cui due etichette vengono applicate erroneamente in sovrapposizione sullo stesso contenitore.

Per i contenitori a geometria cilindrica, che rappresentano la grande maggioranza nel Beverage, l'ispezione deve coprire la superficie laterale a 360 gradi. Una soluzione efficiente è l'utilizzo di ottiche pericentriche che consentono di acquisire un'immagine a 360° del contenitore con una singola acquisizione, eliminando la necessità di sistemi multi-camera complessi e costosi. Questa architettura riduce l'ingombro meccanico del sistema e semplifica l'integrazione del sistema di visione in macchina e la sua configurazione integrazione.

La velocità di linea impone, inoltre, requisiti stringenti sulla durata di esposizione: i tempi di acquisizione devono essere abbastanza brevi da acquisire con un'immagine del contenitore in movimento senza introdurre sfocatura. L'uso di illuminatori in modalità strobo con driver integrato oppure abbinati a controller dedicati (serie LTDV) permette di ridurre il tempo di esposizione effettivo di oltre un ordine di grandezza, garantendo immagini nitide anche ad alte velocità.

Come si affronta il controllo qualità etichette nel settore Personal Care

Il settore Personal Care, che comprende prodotti come shampoo, creme, detergenti, dentifrici e cosmetici, condivide molte delle sfide del Beverage ma presenta alcune specificità che richiedono un adattamento delle soluzioni di visione artificiale. I contenitori sono spesso in plastica opaca o semitrasparente, con superfici curvilinee irregolari e geometrie che variano significativamente da prodotto a prodotto. L'etichetta, frequentemente trasparente o semitrasparente, deve adattarsi alla forma del flacone senza pieghe e deve essere posizionata in modo preciso rispetto a elementi grafici o funzionali presenti sul contenitore.

Un aspetto critico tipico del settore Personal Care è la variabilità del formato: le linee produttive gestiscono spesso decine di tipi di campione diverso, ciascuna con dimensioni, forma e tipo di etichetta differenti. I sistemi di ispezione etichette devono quindi essere configurabili rapidamente, con tempi di cambio formato ridotti al minimo. Il software di visione gioca un ruolo fondamentale in questo aspetto, consentendo agli operatori di modificare i parametri di ispezione senza richiedere interventi di sistema complessi.

Quali componenti ottici e di illuminazione sono necessari per ispezionare etichette

La progettazione di un sistema di machine vision efficace per ispezione etichette richiede la selezione e l'integrazione di componenti hardware (ottiche, illuminatori e telecamere) e software di image processing. Ciascuna categoria di prodotto deve essere scelta in funzione alle caratteristiche dell'applicazione, e i componenti devono essere compatibili tra loro per garantire prestazioni ottimali.

Ottiche: dalla focale fissa alle ottiche con vista a 360°

La scelta dell'ottica è il punto di partenza per qualsiasi sistema di visione industriale dedicato all'etichettatura. Per applicazioni standard di presenza/assenza e posizionamento etichetta su superfici piane o a bassa curvatura, gli obiettivi a lunghezza focale fissa e macro rappresentano la soluzione più comune. Le ottiche a lunghezza focale fissa offrono grande flessibilità nella scelta della lunghezza focale stessa, campo di visione, distanza di lavoro e regolazione della luminosità e profondità di campo (i.e.: apertura). Le ottiche macro sono la scelta migliore per applicazioni di ispezione ad alta risoluzione su dettagli di piccole dimensioni, offrendo distorsione quasi nulla ed elevata risoluzione ottica anche su diversi colori. Entrambe le soluzioni sono disponibili per sensori di diversa dimensione e risoluzione. Per le applicazioni di ispezione a 360° su contenitori cilindrici, le ottiche pericentriche consentono di acquisire una visione simultanea della superficie laterale e superiore, riducendo la complessità del sistema hardware.

Illuminazione: il fattore discriminante per le etichette

Nel controllo etichette nel mondo dell'automazione, l'illuminazione è spesso il fattore più critico ed è fondamentale una scelta che tenga conto della geometria dell’ottica. A seconda dell'applicazione di visione da realizzare, il contrasto tra etichetta e flacone, o relativo alle caratteristiche dell'etichetta che si vuole ispezionare quali disegni, scritte, texture, graffi o pieghe può essere generato per trasmittanza, colore o riflessioni della luce.

Le principali geometrie di illuminazione adottate da Opto Engineering per questa tipologia di applicazione sono:

• Illuminatori circolari ad alta potenza: sono ideali in combinazione con le ottiche con vista a 360°. Regolando la posizione e scegliendo l'angolo di illuminazione più adatto, offrono grande flessibilità per ottenere contrasti di caratteristiche superficiali, o esaltare bordi e caratteristiche superficiali delle etichette evitando disturbi da riflessioni dirette.

• Barre a LED RGB: per applicazioni basate sul contrasto cromatico, ad esempio per distinguere etichette di colore diverso dallo sfondo o per rilevare difetti di stampa su etichette colorate. Offrono grande flessibilità di posizionamento ed orientamento.

Telecamere: risoluzione e velocità al servizio dell'ispezione

La qualità dell'immagine acquisita dipende in modo determinante dalle caratteristiche del sensore della telecamera. Per le applicazioni di ispezione etichette su linee Beverage e Personal Care, le telecamere della serie ITALA di Opto Engineering, progettate e prodotte in Italia, offrono prestazioni elevate grazie ai sensori Sony di ultima generazione, global shutter ad alte risoluzioni e interfaccia GigE Vision per la comunicazione industriale ad alta affidabilità.

Le telecamere ITALA risultano particolarmente indicate per applicazioni in linea ad alta velocità, grazie a funzionalità avanzate come il Sequencer, che consente la gestione dinamica di più configurazioni di acquisizione, la compressione delle immagini per ottimizzare banda, e il supporto ai Chunk Data, utili per associare in modo strutturato i metadati di acquisizione a ogni immagine.

In ottica di integrazione su linee industriali, la serie ITALA supporta encoder per la sincronizzazione con il movimento del prodotto e protocolli di comunicazione industriali come Modbus e RS232/RS485, garantendo un dialogo efficace con PLC e sistemi di automazione; anche in questo contesto, l'uso dei Chunk Data facilita tracciabilità e diagnostica.

Per un approccio integrato, le telecamere offrono 4 output e 2 input optoisolati, permettendo il controllo diretto dei segnali di trigger agli illuminatori in modo robusto, semplice ed integrato.

Infine, nelle applicazioni di ispezione del colore, la presenza della Color Correction Matrix consente una riproduzione cromatica accurata e ripetibile, elemento chiave per il controllo qualità di etichette e packaging nel settore Beverage e Personal Care.

Come funziona il software di analisi nei sistemi di ispezione etichette automatizzati

Il software è uno dei pilastri fondamentali di qualsiasi sistema di visione per garantire un'etichettatura efficace. Un sistema di visione ad elevate prestazioni non può prescindere dall'acquisizione di immagini di alta qualità, che mostrino con alto contrasto le caratteristiche che si vogliono osservare grazie ad un'ottica di qualità, un'illuminazione ottimizzata ed una camera affidabile. Tutte queste caratteristiche permettono al software un'analisi robusta, basata su algoritmi in grado di rilevare con affidabilità e precisione presenza, posizione ed integrità delle etichette, anche a fronte di possibili variazioni delle condizioni ambientali. Altri aspetti fondamentali sono la capacità di gestire in modo integrato la comunicazione con i dispositivi presenti sulla macchina, e di permettere un'interfaccia utente semplice e configurabile, ad esempio per cambi di formato o di lotto.

Per soddisfare le esigenze di mercato, Opto Engineering ha sviluppato OEVIS, un ambiente software avanzato per lo sviluppo rapido di applicazioni di visione industriale che non richiede la scrittura di codice. OEVIS è progettato per integratori di sistemi, specialisti di visione industriale e operatori dell'automazione, e combina in un'unica piattaforma le funzionalità di sviluppo e di runtime. Tra le caratteristiche rilevanti per le applicazioni di ispezione etichette:

• Gestione di acquisizione multicamera sincrona o asincrona, indispensabile per sistemi di ispezione con più di una telecamera.

• Elaborazione parallela tramite multi-threading, che consente di analizzare simultaneamente immagini provenienti da più camere e di parallelizzare algoritmi di processing ottimizzando i tempi di elaborazione e la velocità della linea.

• Supporto a protocolli di comunicazione industriale - Modbus, Ethernet/IP, OPC UA e altri - per l'integrazione diretta con PLC e sistemi di controllo della linea.

• Interfaccia configurabile dall'operatore, che consente di modificare i parametri di ispezione e di eseguire cambi formato.

Dal punto di vista algoritmico, l'ispezione di etichette presenta complessità dovute all'elevata variabilità dei possibili task di visione, ed alla necessità di far fronte a possibili variazioni sia nelle riflessioni del campione, sia nelle condizioni ambientali. Un software di analisi robusto deve permettere di gestire con affidabilità queste situazioni, grazie all'ampia offerta di algoritmi di processing, ed al possibile contributo di algoritmi basati su machine learning o deep learning. La possibilità di usare un approccio no-code, consente agli sviluppatori di testare e validare con grande facilità gli algoritmi di processing più efficaci, concentrandosi sulla strategia di analisi dell'immagine e l'ottimizzazione dei parametri visualizzando direttamente i risultati. Un vantaggio significativo offerto da OEVIS è la possibilità di sviluppare nello stesso ambiente sia l'algoritmo di analisi di immagine, sia la comunicazione e configurazione dei dispositivi, sia l'interfaccia utente.

Infine, OEVIS offre la flessibilità di combinare algoritmi di analisi tradizionali con algoritmi di machine learning e deep learning, permettendo la scrittura o l'importazione di codice basato su modelli di learning e garantendo allo sviluppatore il pieno controllo.

Qual è il valore di un approccio bundle integrato per il controllo qualità etichette

La distinzione più significativa tra un sistema di ispezione etichette costituito da componenti di fornitori diversi e un sistema costruito attorno a un bundle integrato di componenti progettati per lavorare insieme risiede nella coerenza delle prestazioni e nella semplicità di integrazione e manutenzione.

Opto Engineering si posiziona come The Machine Vision Company®: una delle poche aziende al mondo in grado di progettare, produrre, commercializzare e assistere l'intera gamma di componenti che costituiscono un bundle di visione industriale (ottiche, telecamere, illuminatori e software). Questa unicità si traduce in vantaggi concreti per gli integratori e gli specialisti dell'automazione che devono implementare un sistema di controllo etichette automazione.

In primo luogo, la compatibilità tra i componenti è garantita a monte: le ottiche sono progettate conoscendo le caratteristiche dei sensori delle telecamere, e gli illuminatori sono sviluppati tenendo conto delle dimensioni, condizioni di lavoro ottimali, e geometrie di acquisizione delle ottiche. Questo riduce il tempo necessario per la messa a punto del sistema e minimizza il rischio di incompatibilità impreviste che spesso emergono quando si integrano componenti di marchi diversi.

Telecamere, controllers ed illuminatori sono nativamente integrati tra loro e nel software OEVIS, permettendo agli sviluppatori del sistema di visione di gestire settings e protocolli di comunicazione in modo immediato, da un’unica interfaccia, direttamente in OEVIS. Questo aspetto semplifica notevolmente gli aspetti algoritmici del software macchina in ogni fase: sviluppo, validazione, installazione, collaudo, manutenzioni e upgrade.

In secondo luogo, il supporto tecnico è centralizzato: gli Application Engineer di Opto Engineering hanno una visione completa di tutti i componenti del sistema e possono intervenire con soluzioni che agiscono sull'ottica, sull'illuminazione, sulla telecamera e sul software in modo coordinato, senza che la responsabilità del risultato venga frammentata tra più fornitori.

Questo approccio offre enorme flessibilità, perché combina la possibilità di scegliere, configurare ed aggiornare ogni componente nel modo più adatto a rispondere ai diversi task e situazioni, con la facilità di lavorare sempre in modo integrato sull’intero sistema di visione, senza dover quindi sostituire tutto a fronte di cambiamenti, imprevisti o aggiornamenti.

Sul piano pratico, i sistemi di visione per etichettatura realizzati integrando componenti Opto Engineering trovano applicazione in diversi scenari produttivi: linee di imbottigliamento Beverage ad alta velocità dove è richiesta l'ispezione in linea a ritmi sostenuti (di decine o centinaia) di pezzi al minuto, linee di confezionamento Personal Care con frequenti cambi formato, applicazioni farmaceutiche dove l'ispezione delle etichette si combina con la lettura OCR per la tracciabilità di lotto, e impianti in ambienti difficili dove le telecamere ITALA IP garantiscono protezione adeguata contro umidità e contaminanti.

Il controllo qualità di etichette nell'industria Beverage e Personal Care è un'applicazione che richiede competenze specifiche e componenti di qualità. Le etichette trasparenti, in particolare, pongono sfide che non possono essere risolte ottimizzando un solo elemento del sistema: è necessaria un'integrazione sinergica tra ottica ad alta risoluzione, telecamera industriale e illuminazione progettata per esaltare il contrasto specifico dell'etichetta trasparente e software di analisi robusto e configurabile.

Opto Engineering offre un portfolio completo e coerente che copre tutti questi aspetti: dalle ottiche per l'ispezione a 360° di contenitori cilindrici, alle telecamere industriali, agli illuminatori con modalità continua e strobo per la massima nitidezza ad alta velocità, fino al software OEVIS per lo sviluppo rapido di applicazioni di visione senza necessità di programmazione. Il risultato è un sistema di ispezione etichette pensato per funzionare in modo affidabile nelle condizioni reali della produzione industriale, garantendo un controllo qualità costante e tracciabile lungo l'intera linea.

La possibilità di condurre studi di fattibilità preliminari, il supporto tecnico specialistico e la garanzia di compatibilità tra componenti dello stesso ecosistema rendono Opto Engineering un partner di riferimento per chiunque debba progettare o ottimizzare un sistema di ispezione etichette, in particolare nei settori Beverage e Personal Care.