Obecně si 3D snímání tvaru produktů pro potřeby následného zpracování za účelem správného řízení automatického balení a etiketování se již nezadržitelně razí cestu do většiny průmyslových balících a etiketovacích automatických strojů. Velká konkurence různých dodavatelů prakticky všech oblastí balených produktů nutí, mimo samotnou kvalitu výrobku, se před spotřebiteli odlišit i v provedení a kvalitě zabalení produktu a jeho označení (etiketování).

To je však jen jeden z důvodů. Další je pak i praktičnost obalu a etikety pro prodejce výrobků, tedy dnes často velké supermarketové řetězce, které též automatizují a zefektivňují svojí práci. K tomu vyžadují i praktičtější a efektivnější obaly, které například usnadňují přepravu, umožňují prostorově kompaktnější uskladnění či následné umístění v regálech či usnadňují identifikaci produktů lepší čitelností informací a hlavně čárových kódů na etiketách.

A nakonec je tu stále důležitější téma, které akcentují nejen prodejci, ale stále více i kupující balených produktů, a tím je ekologie a s tím spojená snadná recyklovatelnost a v posledních letech také pokud možno co nejmenší použití plastů. To obzvláště platí v oblasti balení a značení potravin, protože zde se vzhledem k velkému množství každý prodaných produktů se nejvíce "generuje" množství plastového odpadu. A to nejen v podobě plastových lahví a kelímků, ale také různých pytlíků a fólií zatavených vaniček a tácků (odborně označované jako "tray") pro zabalení zejména ovoce, zeleniny, sýrů, masa a uzenin.

Nové trendy v balení ovlivňují i způsoby etiketování 

Zatímco pro pevné produkty mimo potravinářství se stále ve většině případů používá finální balení do různé formy hranatých papírových / kartónových krabic, kde produkt uvnitř dostatečně reprezentuje grafiky na krabici, v oblasti kusových potravinářských produktů je stále silnějším trendem potřeba přímé vizuální prezentace produktu prostřednictvím průhledného obalu. I vzhledem k nezávadnosti obalu ve styku s potravinou se tak v jejich balení již posledních cca 20 let využívají ve většině případů plasty - zvláště v případě jejich průmyslového balení. Proto většina pečiva, masa, uzenin, sýrů a také přímo od výrobce baleného ovoce a zeleniny využívá různé formy spojení tácků se zatavenou fólií či plastových (polyethylenových) průhledných pytlíků.

Typickým příkladem v současní době jsou porce masa zatavená v plastových více či méně hlubokých vaniček opatřené na svrchní straně na fólii (případně i na spodní straně vaničky) etiketami informujících o typu a parametrech výrobku, ceně a opatřené čárovým kódem pro snadnou elektronickou identifikaci. Prakticky podobné je to i v případě trvanlivých uzenin a sýrů zatavených v mělkých vaničkách. Balené ovoce a zelenina je pak stále ještě nejčastěji prodávána ve volných silnostěnných pytlících či plastových síťkách.

Vývoj typů průmyslového balení potravin v posledních cca 20 - 30 letech a trend od budoucna.

Nicméně poslední roky se však trendem stává tzv. těsné zabalení produktu do různé formy "strečového" obalu, odborně označovaného jako "Skin packaging". Zde není produkt v obalu (hluboké vaničce či volném pytlíku) již volně položen, ale obal je těsně obepíná. Stává se tak jeho "druhou kůží". Důvody tohoto trendu jsou v zásadě následující tři:

• Vizuálně i hmatově zajímavější prezentace produktu - produkt si přes obal zachovává stejný nebo podobný tvar jako nezabalený a je na něj lépe vidět.
• Větší odolnost produktu při manipulaci - více produktů pohromadě těsně zabalených nemohou pří manipulaci různě do sebe narážet a otírat se o sebe a tím se poškozovat.
• Více ekologické balení - až o 75% méně použitého plastu.

Zatímco první dva body se týkají co nejlepší prezentace produktu zákazníkovi, poslední bod se aktuálního zvýšeného důrazu na všeobecné snížení použití plastů. Poslední 1-2 roky se však vzhledem k stále rostoucímu negativnímu dopadu plastového odpadu na životní prostředí začíná "bojovat" za omezení použití plastů jako obalového materiálu na co nejmenší mez nebo ještě lépe jejich nahrazení ekologicky rychle odbouratelnými materiály.

Moderní systém balení typu "Skin packaging" pro lepší prezentaci a zajištění produktu při prodeji.

Výše uvedené nové trendy balení však přímo ovlivňují i mechanismy automatického etiketování produktů. Zatímco rovné plochy zatavaných fólií velkých hlubokých vaniček jsou pro aplikování samolepících etiket doslova ideální a i velké pytlíky ze silného fólie jsou též dobře automaticky etiketovatelné, obaly přesně kopírující povrch produktu (tedy povrch může být u velmi nerovný) již jsou na přesné a estetické automatické nalepení etiket dost obtížné.

Například u nejnovějšího trendu v efektním, ekologickém a současně levném balení pomocí metody "FlatSkin packaging", se u kusu masa nebo ovoce a zeleniny používá jako podložka rovný kartónový tácek (pro maso opatřený plastovou fólií), který lze poměrně snadno etiketovat na spodní rovnou stranu. To ale nechtějí akceptovat prodejci produktů (supermarkety), protože lidé z důvodu hledání nejlepší ceny a data spotřeby produkty otáčí dnem vzhůru a tak je pak v regálu i nechají. Na potravinu tak není hned a nevbuzuje tak dostatečnou pozornost.

Automatické etiketování produktů cenou a datem spotřeby na spodní stranu je sice technicky jednoduché, ale nelíbí se obchodním řetězcům.

Proto je prodejci zboží stále vyžadováno etiketování z horní strany, které je však z důvodů nepravidelného nerovného povrchu navíc odlišného produkt od produktu velmi náročné na etiketování.

Hlavními problémy etiketování svrchní strany balení "FlatSkin" jsou:

• Nedokonalé nalepení celé etikety na křivý povrch = volné nenalepené části samolepící etikety (například rohy etikety volně ve vzduchu) mají tendenci se při přepravě či manipulaci nalepit na jiný obal (produkt) a slepit tak více produktů dohromady. Případně etiketa může upadnout.
• Zkrabacení etikety přilepené na velmi křivý nebo zvlněný povrch = špatně čitelné informace nebo pro čtečky nečitelný čárový kód
• Nakřivo nalepená etiketa na nevhodném místě = etiketa kazí estetický dojem produktu (např. drahého kusu masa či ryby) nebo zakrývá důležitou část produktu.

Protože u těsného balení různě od přírody tvarovaných nebo rozměrově odlišných porcí potravin (např. ovoce, kusy tvrdých sýrů nebo masa) nelze výše uvedené problémy vyřešit dopředu na stroji pevným nastavením pozice místa nalepení etikety na produktu, je nutné použít nějaký automatický nástroj, který vyhodnotí povrch každého jednotlivého balení produktu a vyhodnotí, kam by bylo etiketu nejlépe umístit. To dnes již může zajistit nasnímání 3D obrazu každého produktu a v reálném čase jeho vyhodnocení chytrým AI softwarem.

3D kamera jako efektivní řešení pro správné umístění etikety

Aby bylo možné etiketu vždy umístit na produktu na nejlepší a nejvhodnější místo, je nejdříve nutné získat informaci o tom, jak každý produkt konkrétně vypadá, přesněji řečeno, jaký má přesný tvar.

K tomu se dá využít již dostatečně odzkoušená technologie snímání 3D obrazu, jehož následným vyhodnocením tvaru produktu lze získat informaci (souřadnice) místa, které je dostatečně rovné nebo vykazuje požadované parametry pro vhodnou prezentaci etikety na produktu.

Etiketování prostředictvím vyhodnocení tvaru produktu je ideální pro všechny velmi různě tvarované potraviny.

Ze získaného 3D modelu tvaru každého produktu lze tak například vyhodnotit:

• Souřadnice nejvíce rovné plochy obalu na produktu.
• Náběžné nebo sestupné plochy obalu.
• Vhodné místo na tácku mimo produkt.

Na základě těchto informací, resp. získaných souřadnic, pak se může aplikační mechanismus etikety (výsuvné rameno či foukací mechanismus) rychle přesunout na příslušné místo na přijíždějícím produktem na dopravníku a na vybrané místo etiketu nalepit. To jaký parametr vyhodnocení a tedy i místo aplikace etikety si pak určí uživatel v paměti nastavení pro daný konkrétní typ produktu. Pro jeden druh výrobku tak lze například použít etiketování na rovné ploše obalu produktu (například zabalený plátek masa) nebo na jeho určité šikmé straně (například balená výseč tvrdého sýra) nebo i třeba zcela mimo produkt na zbylé místo na tácku (pokud produkt nezabírá celou plochu tácku (například jedno kuřecí prso na tácku). 

Nejdříve se vyhodnotí z 3D modelu vhodné místo na produktu pro umístění etikety a tam následně systém etiketu za běhu produktu také umístí.

Tento systém použití nasnímaného modelu již například začíná nabízet německý výrobce automatických etiketovacích strojů ESPERA u své nové řady NOVA.

Pro získání 3D obrazu využívá soustavu 2 snímacích optických kamer umístěné pod odlišnými úhly nad přívodním dopravníku etiketovacího stroje. Přijíždějící produkt je tak na vstupu do stroje při průjezdu bez zastavení velmi rychle nasnímán a stejně bleskurychle DSP procesorová jednotka ze dvou šikmých záběrů vytvoří 3D model a vyhodnotí jeho parametry. Dříve než produkt dojede pod etiketovací mechanizmus je již určeno přesně dané místo, kam etiketa bude nalepena a tomu se přizpůsobí i aplikační mechanismus. To vše při pracovním výkonu až 40 ks produktů za minutu, tedy na nasnímání a vyhodnocení tvaru produktu je jen několik desetin sekundy.

Blokové schéma použití snímání a vyhodnocení 3D obrazu tvaru produktu pro etiktování.

Vyhodnocení obrazu dvou 2D kamer do 3D obrazu v softwaru stroje ESPERA NOVA.

 Aktuálně se obrazu produktu využívá "pouze pro" vyhodnocení umístění etikety, případně pak po nalepení etikety pro 2D vyhodnocení kvality nalepení a čitelnosti etikety kamerou naopak umístěnou na výchozím dopravníku etiketovacího stroje.

V budoucnu však by však mohl být kamerové rozpoznání produktu využíváno i přímo rozpoznání typu do stroje vstupujícího produktu pro automatický výběr typu etikety, která má být na něj nalepena.

Stroj ESPERA VISION ESVS pro průmyslovou optickou 2D kamerovou kontrolu kvality nalepení a čitelnosti nalepených etiket.

Video prezentace etiketovacího stroje ESPERA NOVA s 3D kamerou

Závěr

Z výše uvedeného je patrné, že použití, zpracování a vyhodnocení 2D i 3D obrazu produktu má v průmyslové výrobě prakticky již jistou nezastupitelnou budoucnost v případě plné automatizace výroby. Jeho použitím totiž lze bez vlivu lidské obsluhy správně identifikovat produkty či výrobní komponenty a jejich konkrétní parametry po další použití / zpracování.

Aktuálně stále je ještě na obsluze stroje, aby buď přímo na ovládacím panelu nebo případně vzdáleně z počítače určila / vybrala z přednastavené parametry z databáze a následně do stroje budou po celou dobu přicházet jen zvolený typ produktu.

V budoucnu se systémem rozlišením produktu by však již mohly být různé typy produktů na dopravníku různě vzájemně "proházeny" a sám etiketovací stroj by si z databáze pro každý jednotlivý produkt sám vybrat správnou etiketu a informace, co mají být na dané etiketě pro daný produkt natištěny (tj. například odlišný název, jiné složení produktu, jiná cena, jiný čárový kód apod.).

Odkazy:

• Webové stránky výrobce průmyslových etiketovacích strojů ESPERA Werke GmbH: www.espera.de
• Článek "Problematika automatického vážení kusových produktů" na serveru automatizace.hw.cz
• V článku jsou použity obrázky a fotografie poskytnuté společností ESPERA Werke GmbH.