Los mejores componentes y tecnología de visión artificial para la inspección de alimentos y bebidas

La fabricación de alimentos y bebidas es uno de los entornos más exigentes para el hardware de visión artificial. Las cámaras, la iluminación y las carcasas deben resistir el lavado a presión, las temperaturas extremas, la humedad y el polvo mientras funcionan de forma fiable a velocidad de producción. Si se equivoca en la especificación del hardware, acabará con un sistema que funciona en el laboratorio de pruebas pero que se corroe, se empaña o falla en cuestión de meses en la línea de producción.

Este artículo cubre lo que los OEM y los integradores de sistemas deben tener en cuenta al seleccionar componentes de visión artificial para aplicaciones de alimentación y bebidas: tipo de cámara, protección ambiental, iluminación, óptica y software. Hemos incluido recomendaciones de productos concretos de la gama de Clearview cuando resultan pertinentes.

Empiece por el entorno, no por la cámara

Antes de elegir una cámara, comprenda a qué tendrá que sobrevivir. Los entornos de producción de alimentos se dividen a grandes rasgos en tres zonas que determinan el nivel de protección necesario.

El error más común es especificar una cámara que cumple perfectamente el requisito de inspección pero que no resiste el régimen de limpieza. Una cámara IP40 que ofrece imágenes excelentes no ofrecerá nada tras su tercer ciclo de lavado a presión.

Elegir el tipo de cámara adecuado

La inspección de alimentos y bebidas utiliza los tres tipos principales de cámara, según la aplicación.

Cámara de área: la opción por defecto para la inspección por estaciones

Las cámaras de área son la elección adecuada para estaciones de inspección disparadas: verificación de etiquetas en un punto fijo, comprobación de tapas y cierres, medición del nivel de llenado, lectura de códigos de barras y comprobaciones de presencia/ausencia. La cámara se dispara a medida que llega cada producto, captura un fotograma y lo procesa antes de que aparezca el siguiente producto.

Para las zonas de salpicaduras y de lavado a presión, las cámaras con grado IP67 nativo eliminan la necesidad de carcasas externas. La LUCID Triton (GigE, IP67) y la Triton2 (2.5GigE, IP67) se adaptan bien a los entornos de producción de alimentos, con conectores de datos M12 estancos y conectores de alimentación/GPIO M8 que mantienen su grado tras limpiezas repetidas. Para zonas secas, la gama Teledyne Blackfly S ofrece una amplia selección de sensores e interfaces a precios competitivos.

Cámara lineal: para inspección continua y etiquetas de gran formato

Las cámaras lineales se utilizan cuando el producto pasa de forma continua frente a la cámara y es necesario inspeccionar toda la superficie o la etiqueta sin detener la línea. Esto es habitual en la verificación de etiquetas en líneas de envasado continuo, la inspección de etiquetas envolventes en envases cilíndricos y la inspección de banda en películas de envasado.

La gama Teledyne Tetra (2K a 8K, 2.5GigE) lleva la cámara lineal a un precio que antes solo se alcanzaba con cámaras de área. Para resoluciones más altas y velocidades de línea más rápidas, las consolidadas familias Linea con interfaces Camera Link HS cubren toda la gama hasta 16K.

Cámaras inteligentes: inspección autónoma sin PC

Las cámaras inteligentes combinan la captura de imagen, el procesamiento y la salida de decisión en una sola unidad. Son la opción adecuada para tareas de inspección más sencillas en las que un PC dedicado sería excesivo, por lo que resultan ideales para la lectura de códigos de barras en un solo punto, comprobaciones básicas de presencia/ausencia o la verificación sencilla de etiquetas en un único formato de producto.

Las cámaras inteligentes y los escáneres industriales fijos de Zebra se utilizan ampliamente en la producción de alimentos para la lectura de códigos de barras y comprobaciones de calidad sencillas. Para inspecciones más complejas (multipunto, multicámara o aplicaciones que requieren procesamiento de imagen personalizado), un sistema basado en PC con cámaras industriales es más apropiado. La Zebra Iris GTX ofrece una opción intermedia: una cámara inteligente con verdadera potencia de procesamiento y la flexibilidad de la plataforma de software Zebra Design Assistant, en un formato compacto. Cuando se requiere protección IP67, tanto la Triton como la Iris GTX pueden alojarse en carcasas IP67.

Varias cámaras: cuando una no basta

Muchas aplicaciones de inspección de alimentos y bebidas requieren más de una cámara. Un sistema de verificación de etiquetas puede necesitar una cámara para la etiqueta frontal, una para la trasera, una para la superior (código de fecha) y una para el código de barras. Un túnel de escaneo de seis caras para logística puede necesitar varias cámaras que cubran todas las caras visibles de la caja.

Para sistemas multicámara, GigE es la interfaz preferida porque cada cámara se conecta de forma independiente a un conmutador de red, evitando los problemas de reparto de ancho de banda y de enumeración que pueden afectar a USB3 en configuraciones multicámara. Las gamas LUCID Triton y Triton2, con PoE nativo e IP67, se adaptan especialmente bien a los sistemas multicámara de producción de alimentos, porque un único cable Ethernet gestiona los datos y la alimentación de cada cámara. Lea nuestro blog de comparación de interfaces para más información sobre qué interfaz elegir.

Iluminación: el componente más crítico

La iluminación en entornos de producción de alimentos debe resolver dos problemas a la vez: debe crear el contraste adecuado para la tarea de inspección y debe resistir las mismas condiciones ambientales que la cámara.

Para entornos de lavado a presión, la gama UltraSeal de Advanced Illumination está diseñada específicamente para la producción de alimentos. Son luces LED con grado IP69K que resisten la limpieza por lavado a alta presión y alta temperatura. Están disponibles en configuraciones de barra, foco, anular y retroiluminación, en longitudes de onda visibles e infrarrojas. Las luces de visión artificial estándar no diseñadas para lavado a presión fallarán, a menudo pocas semanas después de instalarse en una zona de producción húmeda.

La elección de la geometría de iluminación depende de la tarea de inspección. Los envases reflectantes (película brillante, etiquetas metalizadas, bandejas de aluminio) generan reflejos especulares que pueden ocultar las características que se inspeccionan. Para estos materiales suele ser necesaria una iluminación difusa de cúpula o una retroiluminación estructurada. Los envases transparentes (botellas transparentes, blísteres) a menudo necesitan retroiluminación para crear contraste de silueta en las comprobaciones de nivel de llenado y de presencia/ausencia.

Acertar con la iluminación es el factor individual que más determina el rendimiento del sistema. Una imagen bien iluminada con una cámara modesta superará a una imagen mal iluminada con una cámara cara. Si no está seguro del enfoque de iluminación para un formato de envase concreto, podemos trabajar con sus muestras en nuestro laboratorio Insights, bajo distintas configuraciones de iluminación, antes de que tome una decisión.

Óptica y carcasas

En entornos de lavado a presión, la lente es un punto vulnerable. Aunque el cuerpo de la cámara sea IP67, una lente C-mount estándar no lo es. Hay dos enfoques para proteger la óptica.

El primero es usar una cámara con carcasa de lente IP67 nativa. Las cámaras LUCID Triton alojan las lentes dentro de su carcasa IP67, con una ventana protectora que sella la trayectoria óptica. Es la solución más limpia, porque todo el conjunto de cámara y lente forma una única unidad sellada.

El segundo es alojar una cámara y una lente estándar en una carcasa IP67 externa. Esto añade coste y volumen, pero permite usar cualquier combinación de cámara y lente. La Zebra Iris GTX está disponible con carcasas IP67 para su despliegue en producción de alimentos. Este enfoque tiene sentido cuando la aplicación requiere un tipo de lente específico (telecéntrica, macro o de distancia focal muy corta o muy larga) que no cabe dentro de una carcasa de cámara IP67 nativa.

Software: lo que la aplicación necesita hacer

La parte de software de la inspección de alimentos y bebidas suele implicar una o varias de las siguientes tareas, y la plataforma de software debe admitirlas todas dentro de una única aplicación.

La plataforma de software propia de Clearview, Kinetic Velocity, está diseñada específicamente para la verificación de etiquetas, combinando correspondencia de patrones, lectura de códigos de barras, OCR y verificación de códigos de fecha en una sola aplicación. Para requisitos de inspección más amplios que van más allá de la verificación de etiquetas, Zebra Aurora (Design Assistant para desarrollo sin código, Aurora Imaging Library para integración basada en SDK) aporta la flexibilidad para crear aplicaciones de inspección personalizadas que cubran todas las tareas anteriores.

Tecnología emergente: más allá de la luz visible

Tres tecnologías de imagen son cada vez más relevantes en la inspección de alimentos y bebidas, al abordar requisitos que las cámaras estándar de luz visible no pueden cumplir.

La imagen hiperespectral analiza la firma espectral de los materiales en muchas bandas de longitud de onda. En alimentación y bebidas, esto permite detectar cuerpos extraños, contaminación y clasificaciones de calidad que son invisibles para las cámaras estándar. La hiperespectral se está adoptando en aplicaciones premium como la clasificación por grado de maduración, la detección de contaminación por plástico en el procesado de carne y la verificación de la composición del producto. La tecnología sigue siendo cara y de uso intensivo de datos, pero los costes están bajando y el procesamiento es cada vez más rápido.

La imagen SWIR (infrarrojo de onda corta) puede ver a través de ciertos materiales de envasado y detectar el contenido de humedad, los niveles de llenado en envases opacos y diferencias de composición de materiales que la luz visible no puede revelar. Las cámaras Atlas SWIR de LUCID están haciendo esta tecnología más accesible para aplicaciones industriales.

La imagen térmica se utiliza para la supervisión de procesos (verificar temperaturas de sellado, controlar procesos de cocción y enfriamiento) y para detectar fallos de los equipos antes de que causen problemas de producción. Las cámaras térmicas no pueden ver a través del vidrio, por lo que deben tener línea de visión directa a la superficie objetivo.

Estas tecnologías no sustituyen a la inspección estándar con luz visible. Son complementos para aplicaciones específicas de alto valor donde la imagen estándar llega a sus límites.

¿Listo para especificar?

Si está construyendo o actualizando un sistema de inspección para la producción de alimentos y bebidas, el equipo de ingeniería de Clearview puede ayudarle a seleccionar la combinación adecuada de cámaras, iluminación, óptica y software para su aplicación y entorno concretos.

Para la verificación de etiquetas en concreto, consulte nuestra página dedicada de Soluciones de Verificación de Etiquetas, que cubre la verificación en línea, fuera de línea y en el punto de impresión, con la tecnología de Kinetic Velocity.

Póngase en contacto: info@clearview-imaging.com | +44 (0)1844 217270