VICON: Sistema de Verificación de Impresión COlor de eNvases

Author(s):
Jone Echazarra Huguet - Robotiker
Estibaliz Garrote - Robotiker

Industry:
Imaging Equipment

Products:
LabWindows/CVI, NI Vision Assistant, NI-IMAQ

The Challenge:
El mercado actual del sector farmacéutico y de la a cosmética demanda:  Flexibilidad total en los diseños, cada vez mas sofisticados en cuanto a formas, patrones y colores  Textos y símbolos de otras grafías (orientales, árabe, cirílico, etc.) necesarias ante la globalización creciente de mercados.  Verificación de impresión que en sustancias peligrosas o productos farmacéuticos se convierte en un grave problema. Estos condicionantes hacen cada vez mas imprescindible un control de impresión 100% de este tipo de productos, aunque este control se realiza tradicionalmente de manera visual y estadística, tomando una muestra y siendo examinada por un operario. La dificultad en estas condiciones (patrones complejos, textos en otros idiomas y grafías) hace que estos controles sean poco eficaces.

The Solution:
Un software adaptativo para procesamiento de imágenes en color capaz de establecer las tolerancias apropiadas en la verificación y poder así absorber las diferencias que se dan en el proceso de impresión por la geometría de los envases y las deformaciones. Resumen: La soluciones basadas en proceso de imagen se emplean cada vez más. En especial la verificación y control de calidad de elementos de geometría plana y naturaleza poco elástica, que se resuelve mediante técnicas clásicas de proceso de imagen de búsqueda de patrones, histogramas y algoritmos similares. El problema surge cuando bien por la naturaleza de los materiales o bien por las técnicas de impresión, aparecen diferencias entre series de producto que a simple vista pueden considerarse leves y no invalidan la calidad del producto de mayor tamaño que otras que si son consideradas como defectos graves. También es necesario controlar los colores y su calidad. Otra dificultad existente es la definición de elemento correcto o defectuoso que se realiza por medio de trípticos o gamas, difíciles de cuantificar de manera absoluta. Ante todo este tipo de productos los sistemas convencionales no funcionan. Se ha desarrollado un sistema que permite la verificación de elementos impresos teniendo en cuenta lo siguiente: • Debe tolerar las deformaciones que estos sufren en el proceso de impresión. • Debe diferenciar elementos correctos y defectuosos de acuerdo con las características del elemento. • Detectar pequeños errores y faltas: emborronamientos, faltas de color, descentramientos entre capas de impresión,... • Adaptarse automáticamente a cada elemento y establecer las tolerancias apropiadas en la verificación.

Introducción

El Grupo Envases es un fabricante de envases de aluminio monoblock que cuenta con dos fábricas, una en el País Vasco y otra en Gales.

Se detectó la necesidad de realizar un control en producción de la decoración de los envases para evitar el control visual que nunca es efectivo al 100% y menos con defectos tan pequeños y geometrías tubulares.

 

Descripción Preliminar

Todos los métodos actuales de impresión (offset digital, flexografía, litografía, plancha fotopolimérica o rotogravura) implican la exacta sincronización de cada plano de color de impresión y la correcta coordinación entre impresión y posicionamiento del envase. Dentro de un proceso de producción continuo no se puede garantizar al 100% que no se agoten las diferentes mezclas de tintas o que los sistemas pierdan la sincronización. Por lo tanto surge la necesidad de un control unitario de calidad tras la impresión.

En la impresión de envases cilíndricos se emplean diversas combinaciones de estos métodos con dos variantes:

• Por fricción: el objeto gira en contacto con la plancha que imprime los caracteres / gráficos.
• Por estampación (Stamping): el objeto queda en una posición fija y un cilindro (offset) o placa imprime el texto / gráfico en su superficie.

La tipología de defectos que se dan son:

1.Descentramientos radiales y axiales.

2.Faltas de impresión: zonas con falta parcial o completa de impresión o defectos en la misma.

3.Variación de color: distintas intensidades del color admisibles, se suelen establecer sobre la base de trípticos de color.

4. Pliegues en stamping.

 

Algoritmo de Control

Dado que los defectos no son fácilmente modelizables, se requirió de un sistema de aprendizaje de tolerancia adaptativo ante las variaciones tanto geométricas (tolerancias de 1mm) como variaciones del color (tolerancias 0,5mm2).

Los pasos que se siguen son:

1. Corrección geométrica: localización de un conjunto de patrones distribuidos a lo largo de la imagen y recomposición de la imagen mediante un ajuste geométrico.
2. Obtención automática de patrones candidato, selección de los patrones eliminando aquellos no válidos. Para ello se inspeccionan varias imágenes de muestra de la gama (tríptico).
3. Relación geométrica entre patrones, en una imagen nueva, se localizan los patrones y se compone la imagen normalizada realizando las transformaciones geométricas correspondientes a partir de las distancias entre los patrones reales y las distancias entre los patrones de la imagen actual.
4. Establecimiento de máximos (geométricos) tolerables en base a conjuntos de muestras y de tolerancias a la diferencia de colores.
5. Conteo de errores. Con la imagen dividida en celdas, el sistema evalúa para cada celda las zonas fuera de tolerancia y si las características de las zonas de no tolerancia tienen tamaño suficiente para ser consideradas erróneas, el elemento de impresión es considerado como erróneo.

 

Arquitectura de la Solución Implantada

El sistema de visión esta compuesto por una cámara lineal color de 2048 píxeles, un sistema de iluminación sin brillos a medida, con temperatura de color conocida y una tarjeta de adquisición con memoria de alta capacidad.

La aplicación de software se desarrolló con CVI y la librería de imágenes NI Vision.

Todo sistema de control tiene un elemento encargado de monitorizar los productos inspeccionados. En el caso del presente sistema los requisitos que debe cumplir el sistema de captura de imágenes han sido muy exigentes. Los componentes principales de este subsistema son:

• Cámara: sistema lineal de alta resolución color, capacidad de sincronización en la captura de líneas y frames, estabilidad en el tiempo de exposición independientemente de la frecuencia de captura.
• Sistema de iluminación: dentro de los desarrollos de visión artificial es bien conocida la importancia de los sistemas de iluminación ( sin luz no se ve). En el caso de los sistemas de color este componente resulta especialmente importante. El sistema de iluminación diseñado para esta aplicación garantiza: estabilidad temporal, calidad de la reproducción de los colores, compensación de los efectos introducidos por el objetivo, rizado menor del 5%.

 

Implantación

Es importante resaltar que no se trata de un sistema de laboratorio sino que es un equipo para el control 100% de la producción. Este sistema trabaja 24 horas/día a una velocidad mínima de 60unidades/min (85.000 unidades/día), en un entorno industrial donde la robustez, facilidad de uso y mantenimiento son elementos prácticamente tan indispensables como las funcionalidades que ofrece.

 

Conclusiones

Se ha desarrollado un sistema que permite el control de calidad del 100% de la producción de elementos impresos con fluctuaciones, con las siguientes características:

• Es capaz de distinguir errores de hasta 0,1mm2 en una superficie de  40.000mm2 sobre imágenes en color.
• Es una solución diseñada para su integración dentro del proceso productivo: robustez, fiabilidad, mantenimiento...
• Es capaz de procesar hasta 100 unidades/ minuto.
• Es un sistema flexible que aprende con facilidad nuevas configuraciones.

Por todas estas razones se puede definir como un sistema fiable, robusto y rentable.

Dentro de un proceso de mejora continua se han identificado los siguientes desarrollos a futuro:

• Identificación de tipos de defectos repetitivos para determinar las causas de error.
• Inspección de elementos transparentes.
• Conexión con la base de datos de los diseños para realizar el aprendizaje sin muestras.

 

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Jone Echazarra Huguet
Robotiker

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