Konieczność dokładnego wyboru – spośród dziesiątek możliwych alternatyw – odpowiedniej etykiety we właściwym języku na linii pakującej dużego producenta leków stawia aplikacji systemu widzenia komputerowego duże wymagania. Wcześniej używany system widzenia komputerowego błędnie odrzucał 25% prawidłowych opakowań.
Kiedy producent leków zainstalował nową linię pakującą, zmodernizował system widzenia komputerowego wdrażając systemy Cognex In-Sight 5100 oraz In-Sight 5600, które wykorzystują optyczne rozpoznawanie znaków oraz optyczną weryfikację znaków (OCR/OCV) do odczytu znaków na etykiecie i porównywania ich z prawidłową częstotliwością występowania. Rozwiązanie to obniżyło wielkość błędnego odrzutu do 0,5% i znacząco przyczyniło się do zysku z pierwszej serii (jakości), a następnie do wzrostu Całkowitej Efektywności Sprzętu* (Overall Equipment Effectiveness – OEE) o 200%.
Wysoki współczynnik błędnych odrzutów w poprzednim systemie
Na linii pakującej stosowano wcześniej maszynę linearną z wytłaczaniem druku na ciepło i system widzenia komputerowego do porównywania etykiet. W tym systemie występowały problemy przy porównywaniu idealnego wzoru z rzeczywistymi zdjęciami, co skutkowało wysokim współczynnikiem błędnych odrzutów i niezadowalającą efektywnością OEE na tej linii. Ponadto ustawianie systemu widzenia komputerowego było bardzo czasochłonne.
Producent lekarstw zaczął poszukiwać możliwości ulepszenia linii. Spółka opracowała rotacyjną maszynę do etykietowania wykorzystującą nadruk na ciepło, która zapewniała większą dostępność i wydajność. W celu ulepszenia systemu widzenia komputerowego firma zwróciła się do Wilfreda Jiméneza i Jesuse Otera ze spółki WJ Automation & Integration z San Juan, Puerto Rico (WJAI).
Wybór systemu widzenia komputerowego
Kiedy po raz pierwszy zapoznałem się z projektem, firma pracowała z producentem maszyn nad projektem dwóch rotacyjnych maszyn etykietujących – mówi Jiménez. – Wymagana była kontrola każdego aspektu skomplikowanej etykiety z prawie 100% dokładnością. Podjąłem się tego wyzwania. Pierwszym krokiem było znalezienie systemu widzenia komputerowego, który potrafiłby dokładnie identyfikować i sprawdzać wiele różnych etykiet. Wybraliśmy systemy Cognex In-Sight 5100 i In-Sight 5600, ponieważ są szybkie, dokładne, łatwo się programują i są wystarczająco kompaktowe, bowiem mieszczą się w dostępnym profilu maszyny.
Jednym z problemów związanych z poprzednim systemem było to, że korzystano w nim z samodzielnej kamery, digitizera (przetwornika analogowo-cyfrowego) i komputera, wzajemnie połączonych kablami – kontynuuje Jiménez. – Na łączach powstawał wielki szum, który był jednym z powodów niedokładności systemu widzenia komputerowego. W systemach In-Sight 5100 i In-Sight 5600 ten problem nie występuje, ponieważ cały system widzenia komputerowego jest zintegrowany w jednej obudowie. Oba systemy Cognex są bardzo szybkie i zapewniają cykl inspekcyjny trwający 100 milisekund, czyli znacznie krótszy od długości cyklu inspekcyjnego urządzenia. W systemie widzenia komputerowego In-Sight 5100 wykonuje się w ciągu sekundy nawet 60 wysokiej jakości zdjęć 8-bitowych z rozdzielczością 640×480 pikseli.
Programowanie systemu widzenia komputerowego
W zależności od konkretnej wykorzystanej etykiety, informacje mogą się pojawiać na prawej lub lewej stronie albo po obu stronach etykiety. Na lewej stronie etykiety znajdują się najczęściej najwyżej trzy wiersze tekstu z maksymalną liczbą 15 znaków w każdym wierszu. Prawa strona etykiety zazwyczaj zawiera Pharmacode, czyli binarny kod farmaceutyczny, standardowy kod kreskowy 1D używany w przemyśle farmaceutycznym, jak również system kontroli opakowania. Niektóre z etykiet mają także kody kreskowe 2D, które mogą się znajdować po prawej lub lewej stronie etykiety. Kod kreskowy 1D określający partię jest także wyznaczony przez dolną część każdej etykiety. To oznacza, że w celu kompletnego sprawdzenia etykiety musi zostać odczytane relatywnie duże pole widzenia o szerokości 10,16 cm i wysokości 6,35 cm. Etykiety dodatkowo są błyszczące, co może się przyczyniać do powstawania odbłysków oraz pogarszać jakość zdjęcia.
Kolejnym wymogiem była zdolność sprawdzania prawidłowości nadruku na dnie butelki. Spółka WJAI poradziła sobie z tym zadaniem w taki sposób, że rozdzieliła pole widzenia na dwie części – lewą i prawą oraz dno butelki – i do każdej sekcji przeznaczyła samodzielny system widzenia komputerowego. Do lewej strony został wykorzystany Cognex In-Sight 5600, do prawej In-Sight 5100, zaś kolejny system In-Sight 5100 został użyty do obserwacji dna butelki. Lewy system widzenia komputerowego miał pole widzenia o szerokości 2,54 cm i wysokości 5,08 cm, pole widzenia prawego systemu kontrolowało obszar o szerokości 3,81 cm i wysokości 5,08 cm, a system przeznaczony do dna butelki wykorzystywał pole widzenia o szerokości 5,08 cm i wysokości 5,08 cm. Zostało tutaj wykorzystane światło rozproszone, przy czym dokładnie sprawdzano kąt oświetlenia w celu zminimalizowania odblasków.
Spółka WJAI wykorzystała oprogramowanie Cognex In-Sight Explorer do programowania kamer i odczytu etykiet. Do lewej kamery wykorzystano algorytm Cognex OCRMax do odczytu trzech wierszy tekstu i ich porównywania z oczekiwanym wynikiem. Urządzenie Cognex OCR/OCV dobrze radzi sobie ze znakami o niskim kontraście i znakami nieprawdziwymi lub nierówno umiejscowionymi. Do odczytu kodów kreskowych zostały użyte czytniki Cognex IDMax. Czytnik IDMax dobrze sobie radzi z niewyraźnym kodem i zapewnia stały wysoki poziom odczytu. Bez konieczności zwiększania szybkości systemu widzenia komputerowego maszyny mogą potroić moce produkcyjne w stosunku do obecnych 100 butelek na minutę.
Integracja systemu widzenia komputerowego z linią pakującą
Spółka WJAI skonfigurowała systemy widzenia komputerowego tak, żeby komunikowały się z programowalnym sterownikiem logicznym PLC Allen-Bradley i oprogramowaniem HMI, które steruje maszyną. Kiedy operator zaczyna uruchamiać nową partię etykiet, najpierw wybiera rodzaj etykiet w HMI, a następnie informuje system widzenia komputerowego o tekście i kodach kreskowych, które powinny się znaleźć na etykiecie (oraz w którym miejscu). Integracja ta eliminuje potrzebę przestawiania systemu widzenia komputerowego przy zmianie jednej etykiety na drugą. Sterownik PLC przesyła także sygnał o tym, że etykieta jest na swoim miejscu i jest gotowa do kontroli. Po kontroli etykiety system widzenia komputerowego przekazuje otrzymane wyniki do PLC i HMI. Butelki, które nie przejdą pomyślnie kontroli, są automatycznie przemieszczane do skrzynki z wadliwymi produktami w celu dalszej manualnej kontroli i naprawy. Operator może widzieć zdjęcia z kamery w realnym czasie w oknie kontrolnym, co umożliwia rozwiązywanie ewentualnych problemów.
Zatwierdzenie nowego systemu widzenia komputerowego trwało tylko tydzień (przy poprzednim systemie okres ten trwał trzy miesiące). System widzenia komputerowego przekroczył oczekiwania producenta leków, bowiem skala błędnego odrzutu wynosiła tylko 0,5%. Przyczynił się także do poprawy wydajności linii pakującej przez uproszczenie procesu przejścia z jednego rodzaju etykiety na drugi. Ulepszenia te odegrały znaczącą rolę w poprawie efektywności OEE, która uplasowała producenta leków wśród najlepszych firm w tej branży.
*Całkowita Efektywność Sprzętu (Overall Equipment Effectiveness – OEE) jest wypadkową trzech podrzędnych wskaźników: dostępności, wykorzystania, jakości. Dlatego też osiągnięcie wysokiego parametru OEE jest bardzo trudne. Jeżeli np. wszystkie wskaźniki miały wartość 90%, wartość OEE wynosiłaby tylko 72,9%. Powszechnie akceptowalne przez klasę światową wartości dla tych wskaźników wynoszą odpowiednio: dostępność 90,0%, wykorzystanie 95,0% i jakość 99,9%, co daje wartość OEE 85,0%. Przeciętny OEE dla zakładów produkcyjnych wynosi wg badań około 60%
