摘要 在沒有進行固定設備投資的情況下，食品和飲料包裝商可選用多種解決方案以增加產量，從而實現更高的生產力和更多的利潤。越來越流行的方案是利用機器視覺完成質量檢驗以減少可接受的浪費上限并且提高投資收益（ROI）。目前科技的進步已經使機器視覺的使用在中小型包裝商中變為現實，由此他們達到了更好的效果并且努力追求品牌風險規避，并且已經已取得消費者和零售商的信賴。 緒論 為了避免采用固定資產投資的方法提高產量，生產過程的優化對于食品和飲料公司而言意義重大，為此他們做出了不斷的大量的投入。與其它行業相比，微薄的利潤率以及來自于消費者、零售商和管理機構對產品的質量和種類越來越高的要求是他們采用這種改良后的方法的主要原因。考慮到對投資收益的影響，每一項投資計劃都將得到詳細的審查，只有對投資收益影響最大（提高ROI）的和最緊急的方案才會被實施。通過采用目前這種得到更多關注的和更能擔負得起的機器視覺方案，許多包裝商正在降低生產過程中的浪費上限并且提高了包裝質量。這樣就提高了投資收益并且使得更多的資金密集型生產向技術密集型生產轉化，在質量提高的同時，也得到了消費者和零售商更多的信賴。 投資收益促成三種不同減少浪費的方案 包裝商通常會認為沒有必要去修復沒有破損的東西，比如，制造商在可接受水平的浪費和不能忍受嚴重浪費概念之間一般會有一個閾值，通常，某種檢驗（人工的或者半自動的）將會協助鑒別可接受浪費和不可忍受的浪費，這種檢驗通常在生產過程中或者末級包裝階段進行。人工檢查在很多情形下可以對多種缺點進行可靠的檢測，但其只能是輪班進行的在低水平下達到較高的但不能再提高生產率，這樣就大大限制了檢驗產品的數量。在很多情況下，機器視覺系統能夠顯著提高檢驗產品的數量，減少人為過失、視覺疲勞和反復性動作損傷，提高生產速度和精確度。以下是最普遍的三種預防浪費的方案： 1.將機器視覺作為一種診斷工具來監測貴重機器中需要修復的問題； 2．在液位過高或者過低，標簽傾斜或者打碼系統打出的不是字母而是亂碼的情況下，通過機器視覺檢驗來限制生產、包裝和噴碼過程中原料的浪費； 3.利用機器視覺排除供應鏈中不適合銷售的產品。 即使將浪費閾值向下作一個微小的調整，所節省的大量的成本說明機器視覺檢驗系統的投資的合理性，并且可以提高底線盈利能力。 檢驗生產日期批號和標簽質量 采集數據以診斷機器問題 包裝問題的出現常常是機器可檢查到的特定元件需要維修或者更換的征兆。維修部分設備的費用只是更換整個機器費用的一小部分，需要的停機時間也比較短。大多數的包裝機器的使用將會持續很多年，除非出現了持續的問題。機器視覺系統能夠通過人機接口提供實時的錄像來監視生產過程，也可以在上傳圖像到數據采集系統時以位圖的形式對圖像進行存儲和計時打印。用這樣的錄像和圖像進行診斷可以縮短故障檢修期和減少廢品帶來的損失。 減少浪費和泄漏 按照規定，在符合標準的未裝滿的情況下，瓶裝液位允許的公差范圍是很窄的。然而，企業利益要求裝瓶時外溢保持到最小限度。機器視覺系統能夠對液位進行檢驗以達到符合標準的裝瓶時所需產品的最低要求并在外溢導致過多的產品泄漏時發出警報。 監視裝瓶時的外溢和未滿 另一種情況中，噴碼系統可能會出現用墨過量導致噴碼污濁而看不清字母。在高速的包裝線上，看起來極少的過量用墨累計起來每星期會造成好幾百美元的浪費。 [align=center]排除掉有標簽缺陷的不適合銷售的產品 [/align] 視覺傳感器檢測破損的標簽 標簽破損、污染或位置不當的產品往往會對產品品牌造成不良的影響還會引起人們對產品的質量提出質疑。當這樣的產品沒有售出仍然擺放在貨架上時，問題就更嚴重了。如果標簽問題影響到一些柜臺的銷量，零售商可能會返貨以挽回聲譽或者將產品作為試用品牌，這樣的情況會對零售商作出是否促銷新產品或維持現有商品的在架的決定時起到消極的作用。將視覺傳感器安在標簽后面或者紙盒前面進行監測，可以防止有標簽缺陷的產品進入供應鏈。 機器視覺成為主流 更多的使用者可承受的視覺系統解決方案 在過去的五年里，由于科技的進步，機器視覺硬件的價格不斷下降，其操作系統也更容易安裝。這樣硬件與軟件的結合使廠內系統設計師將視機器覺檢驗添加到生產過程各個階段成為可能。2003年四月，Control Engineering雜志發表了他們最近對機器視覺系統用途的調查并且記錄了其發展趨勢： ＊ 從2003年到2004年初，受訪者中，有33%的人期望視覺系統的需求增加，而多數人（62%）認為需求應該保持到原水平。 ＊ 受訪用戶普遍表示購買六套視覺系統共計花費59925美元。 ＊ 在多種通訊平臺中，受訪者中贊成使用基于TCP/IP協議的Ethernet的占73%，而贊成使用DeviceNet的也上升到46%。 機器視覺行業的專家Mark Sippel說，“一個關于機器視覺系統的新的復合型市場在美國發展起來了，旨在實現視覺系統向更小的體積，更低成本和簡潔操作?！彼€說，“這個市場雖然在以PC機為基礎的數據采集裝置上取得了一些銷量，然而這個市場中仍然有很多人不習慣使用價格在12，000美元以上的比較復雜的機器視覺系統，現如今他們愿意在這方面投資，因為許多系統僅需要7，000美元或者更少，這樣他們將很快得到投資回報?！? 任務導向型解決方案 大多數機器視覺產品適用于單條生產線或者單個機器系統，完成一些特殊的任務。直到最近，機器視覺系統制造商設計出了一種適合完成多種任務通用的產品，因此生產方法完全改變，在系統編程、通訊和重新設置方面也增加了很多的復雜性。正如Sippel所說的，“現在的趨勢是朝著任務導向型機器視覺產品發展，而這些產品將很多部件集中于一個區域內，能夠發揮優良性能。” 視覺產品的簡要回顧 第一批任務導向型視覺產品的例子出現在市場大約在五年以前，它采用單一的視覺傳感器來處理模式匹配或簡單的像素計算，這些產品將光源、照相機、透鏡和處理工具集中到一個需要最小配置的緊湊的裝置中，后來制造商對這樣的產品進行了徹底的改進，他們提供消費者擔負得起的產品使之得到普遍應用，同時充分減少工程方面的要求使系統能夠工作。 第二代視覺產品 Sippel說，“人們對包括食品飲料、制藥和保健美容產品在內的基礎包裝業的的越來越濃厚的興趣，充分說明了市場對高水平機器視覺系統功能和設置簡易性的需求。其中的一種新型的任務導向型視覺傳感器專門用來檢驗日期碼?！边@些系統在照相機、光源和透鏡等的選擇上更具廣泛性和靈活性，與第一代產品相比主要的不同點是將檢驗設置縮減到最少步驟。日期碼檢驗專用傳感器比具有日期碼檢驗功能的多用視覺系統更加有效，比如, Omron公司生產的F210 CF型日期碼檢驗器及四大重要特點于一身： 1.內置字庫：省略對傳感器的文字的教授過程； 2.高級檢驗算法：可以在有印刷缺陷的情況下保證檢驗精確性； 3.自動日歷升級：初始設置后可以自動升級到相關日期； 4.常用碼模板：可以減少設置步驟，比如“生產”日期，“最佳使用”日期，“終止使用”日期。 具有光學特性驗證的視覺系統 現在的包裝上都帶有大量與消費者和制造商相關的重要信息：日期碼/批號/廠家和保質期/食用期。為了確保打印信息正確性和數據的完整性，許多包裝商采用機器視覺系統來完成光學特性檢驗（OCV）和光學字符識別（OCR）。 [align=center]OCV/OCR技術的發展 [/align] 近年來OCV/OCR方面取得的巨大進步簡化了設置步驟并且提高了檢驗的可靠性。一個主要的進展就是創造內置字庫使視覺系統能夠識別常用文字，在此之前，用戶不得教傳感器每次讀一個所用字符，設置過程冗長而且單調乏味。Omron公司通過使用以獲得專利的QUEST算法使檢驗更具可靠性，這種算法能夠檢測和校驗文字錯誤。典型的標記錯誤包括缺點或文字缺少筆劃、線條寬度不一致、傾斜、大小不一和污點，這樣標記不完整的產品在進入零售商的供應鏈之前就可以被排除出去。 更有效的協調 “分布式智能意味著機器視覺裝置將能檢驗生產過程中的每一個位置，來幫助系統作出排除或取出這個位置上不符合標準部分的決定，而不是一直等到其離開生產線?！盨ippel說，“增強的網絡功能意味著對單個檢驗的數據采集的改良，更好的質量監測和走向辨別?！蹦壳氨泵赖貐^最流行的可供選擇的網絡包括Ethernet和DeviceNet，而帶現場總線通訊的視覺傳感器在歐洲和南美部分地區很受歡迎。 [align=center]市場現狀和消費者的信賴 [/align] 如今很多包裝商相信這個市場交易原則：“包裝就等于品牌?！笔聦嵣?，消費者也把產品包裝的每一個方面視為品牌。關鍵要素¬（如標簽、保質期和營養成分信息）和拆封警示安全要素都有助于打造一個良好的品牌形象。 有風險么？ 在過去，食品飲料包裝商在建立和保持品牌價值上投入了巨大的財力。近年來，優先考慮達到最小的品牌風險這樣的做法才流行開來。在ARC咨詢集團最近發表的研究《食品與飲料行業工廠級支付費用全球縱覽》里，該文的作者對質量控制故障導致的問題作了量化。他們指出，“因質量不達標而收回產品的成本是產品分銷時所用的五倍……回收產品的成本是巨大的，特別是當公司出口商品或開拓新市場的時候。其它方面的比如清理生產車間或銷毀某些不合格產品和清除商業障礙的成本，往往是主要的利潤損失。”采用像機器視覺系統這樣的在線質量檢驗裝置，能夠對出現的問題進行提前警報或將其完全阻止。總之，包裝商采用當今這樣更加經濟的機器視覺質量檢驗方案，花費相對較少的投資，就可以大大降低其賬本底線。在降低因收回產品或其它調整活動所帶來的風險時，保持一個高質量品牌形象所帶來的額外收益，使得包裝商們把機器視覺質量檢驗系統的使用看作其成功的基本因素。產品包裝是消費者在貨架前面作出購買決定的關鍵。任何的包裝缺陷都會使消費者對于品牌質量心目中的形象大打折扣，往往導致商品滯銷。在這時，由于經濟上的壓力和來自恐怖主義、產品回收和對食品安全問題的擔憂等方面的干擾信息，消費者對品牌的信任和零售商對品牌的銷售允諾特別容易喪失，導致消費者對品牌忠誠度受到波動。包裝商現在正在尋求保持消費者和零售商信任的辦法以增加現有的營業額并為其新產品樹立良好的形象。