Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Messtechnik: Ausgabe 05/2011, 21.12.2011

Vision-Sensor verifiziert die Kennzeichnung

Zur Vermeidung von fehlerhaft bedruckten Waren ist eine hundertprozentige Sichtkontrolle notwendig. Für einen Menschen ist diese Arbeit jedoch überaus ermüdend und meist nur stichprobenartig umsetzbar. Ein Bilderverarbeitungssystem kann hier Abhilfe schaffen.

Jährlich werden – laut dem statistischen Bundesamt 2009 – in Deutschland Lebensmittel im Wert von rund 148 Milliarden Euro produziert. Jedes einzelne Lebensmittel ist verpackt und etikettiert, wobei zahlreiche gesetzliche Anforderungen an diese Kennzeichnung zu erfüllen sind. Die Lebensmittel-Kennzeichnungsverordnung (LMKV) führt hierzu zahlreiche Angaben auf, die auf jeder Verpackung zu finden sein müssen, wie zum Beispiel die Verkehrsbezeichnung, Inhaltsangaben, Lagerbedingungen oder das Mindesthaltbarkeits- beziehungsweise das Verfallsdatum.
Für diese Kennzeichnung verwenden Produzenten dabei oft Etikettenvorlagen, in denen feststehende Angaben (Produktbezeichnung, Inhaltsstoffe, ...) bereits aufgedruckt sind. Veränderliche Inhalte (Datumsangaben, Los- und Chargennummern) lassen Hersteller dann direkt nach dem Verpacken des Lebensmittels zusätzlich in entsprechende Platzhalter drucken, wobei typischerweise Tintenstrahl- oder Laserdrucker zum Einsatz kommen. Damit stellen sich die Fragen: Wie lässt sich sicherstellen, dass die Drucker zum einen die richtige Angabe drucken, zum anderen die Angaben auch lesbar sind? Wie können diese Fehler zuverlässig vor der Auslieferung der Lebensmittel erkannt werden?
Manuelle Stichproben sind nicht ausreichend. Eine manuelle Stichprobenkontrolle ist sicher ein erster Schritt in die richtige Richtung. Reproduzierbare, dokumentierte und einheitliche Ergebnisse sind so jedoch nur aufwendig zu erreichen und erfordern einen hohen personellen Aufwand. Wesentlich sicherere Aussagen lassen sich mit den Mitteln der industriellen Bildverarbeitung erreichen. Dabei sind zwei Begriffe deutlich voneinander zu trennen:
- Optical Character Recognition (OCR): Mit OCR lässt sich der Inhalt eines unbekannten Aufdrucks ermitteln. Dies bedeutet allerdings nicht, dass das Druckbild einwandfrei und dieser Text auch für Menschen eindeutig lesbar ist.
- Optical Character Verification (OCV): Die OCV ermittelt die Druckqualität eines bekannten Textes, indem es Abweichungen zu einem Referenzdruckbild feststellt.
OCR und OCV dienen jeweils einem anderen Zweck und verwenden unterschiedliche Methoden. Beiden Verfahren gemein sind jedoch bestimmte Vorverarbeitungsschritte. Bevor ein Text gelesen oder dessen Druckqualität bestimmt werden kann, muss die Position der Zeichen im Bild bestimmt sein. Denn gerade bei einem Druck – nach dem in der Industrie weit verbreiteten Continuous-Inkjet-Prinzip – kann die Position der Zeichen im Bild erheblich schwanken. Ist dieser Schritt durchgeführt, kann die eigentliche Verarbeitung beginnen.
Bei der OCR heisst dies zu ermitteln, welchem Buchstabe oder welcher Zahl der entsprechende Bildausschnitt am ähnlichsten ist. Um das zu beurteilen, werden hoch entwickelte Algorithmen wie künstliche neuronale Netze verwendet. Mit diesem Verfahren versuchen Experten, Strukturen des menschlichen Gehirns durch ein Computerprogramm nachzubilden, um so exakte «menschliche» Ergebnisse zu erzielen. Das Resultat dieser Operation ist eine Zuordnung der Bildausschnitte zu den entsprechenden Zeichen. Diese lassen sich dann zum eigentlichen Textinhalt verketten. Eine Aussage zur Lesbarkeit durch den Menschen ist dadurch jedoch nicht getroffen. So könnte auch ein grosser runder Fleck als eine Null interpretiert werden, da der entsprechende Bildausschnitt diesem Zeichen am stärksten ähnelt.
Bei der OCV wird im Gegensatz dazu bestimmt, wie ähnlich der Bildausschnitt einem zuvor eingelernten Referenzzeichen ist. Eine Abweichung zur Referenz kann dann als Änderung der Druckqualität interpretiert werden. Dazu muss das System jedoch wissen, mit welchem Zeichen es die Abweichung vergleichen soll. Der Text muss also vorher bekannt sein.
Welches Verfahren für welche Aufgabe? Soll der Inhalt eines Aufdrucks ermittelt werden, wird OCR benötigt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein Bauteil anhand einer Kennzeichnung identifiziert werden soll. Soll das System Druckfehler einer Kennzeichnung erkennen – also beispielsweise bei der Überwachung eines Mindesthaltbarkeitsdatums – kommt OCV zum Einsatz. Dafür muss allerdings der Inhalt der Kennzeichnung bekannt sein. Dem Bildverarbeitungssystem diese Information zur Verfügung zu stellen, ist jedoch spe-ziell bei ständig wechselnden Aufdrucken alles andere als einfach. Drucker bieten oft keine Möglichkeit, den aktuell gedruckten Text elektronisch nach aussen zu geben. Selbst wenn dies möglich ist, müssen Drucker und Bildverarbeitungssystem exakt synchronisiert werden.
Eine Hybridlösung aus OCR und OCV vereinfacht den Einsatz erheblich. Die OCR-Komponente liest zunächst den Inhalt der Kennzeichnung. OCV stellt dann sicher, dass die Zeichen auch in guter Qualität gedruckt wurden. OCR ist also auch für eine reine Druckbildkontrolle oft unverzichtbar.

» Lesen Sie mehr darüber in der aktuellen Ausgabe LT 5/11.