Weithin genutzte Optical Character Recognition (OCR)-Algorithmen wie Template-based OCR oder Geometric OCR stoßen beim Lesen von Dot-Matrix-Schriften an ihre Leistungsgrenzen. Ein neues OCR-Verfahren überwindet die Dot-Matrix-typische Leseschwäche bislang gängiger Algorithmen und öffnet damit bei Lebensmittelverpackungen die Tür zu neuen Anwendungen.

Schnell, flexibel, preiswert – und serialisierbar: Das kontaktlose Continous Inkjet-Druckverfahren dominiert in Produktions- und Verpackungslinien der Lebensmittelindustrie das Aufbringen variabler Daten wie MHD, Losnummer oder Produktionsdatum.

Das Verfahren eignet sich bekannterweise für verschiedenste Verpackungsmaterialien, Packungsgeometrien und hohe Bandgeschwindigkeiten. Doch wo viel Licht ist, fällt auch Schatten: Der Continuous Inkjet-Hochgeschwindigkeitsdruck ist relativ anfällig für Qualitätsschwankungen in der Druckqualität. Schon kleinere Synchronisationsfehler zwischen Druckgeschwindigkeit und Bandvorschub verursachen Dehnungen und Stauchungen des Schriftbildes, verschmutzte oder verstopfte Düsen führen zu unvollständigen Zeichen.

Technologische Hürden

Die technologische Hürde für ein robustes und durchgängig zuverlässiges Lesen und Verifizieren von Dot-Matrix-Schriften mittels visueller Inspektionssysteme liegt hoch. Zum einen gilt es, die Dots der einzelnen Ziffern und Buchstaben jeweils in eine geschlossene Zeichenform zu überführen, sie voneinander abzugrenzen und zu identifizieren.

Zum anderen gesellen sich zu dieser per se schon anspruchsvollen Aufgabe in der praktischen Anwendung weitere Herausforderungen, die den Leseprozess erschweren.

Beispielhaft zu nennen wären das Lesen auf gewölbten Oberflächen wie Flaschenhälse und Tuben, auf befüllten Glasbehältern sowie die angesprochenen Störungen und Verzerrungen des Schriftbilds. Soweit es bislang gängige Verfahren wie Template-based OCR und Geometric OCR überhaupt erlaubten, mit Kamerasystemen Dot-Matrix-Schriften automatisiert zu lesen, benötigten sie plane Oberflächen und konstante Aufnahmebedingungen. Für die Praxis hieß dies, dass Hersteller in vielen Anwendungen bislang keine andere Wahl hatten, als lediglich stichprobenhafte Sichtkontrollen vorzunehmen.

Prämiertes Dot-Print-Tool

Auf der Westpack 2017, einer der führenden Fachmessen der Verpackungsindustrie in Nordamerika, stellte Mettler-Toledo erstmals sein Dot-Print-Tool vor und erhielt dafür den Innovation Award. Das Dot-Print-Tool erweitert die Mettler-Toledo Civcore-Software für visuelle Inspektionslösungen um ein neues OCR-Verfahren zum Lesen und Überprüfen von Dot-Matrix-Schriften und -Kennzeichnungen. Das Tool basiert auf der Suredot-OCR-Technologie von Matrox Imaging und nimmt für sich in Anspruch, ein zuverlässiges Verifizieren und Lesen von Dot-Matrix-Schriften zu ermöglichen. Anlagenbetreiber legen mit dem Dot-Matrix-Tool für jedes einzelne Zeichen zunächst eine Punktematrix in der Software an.

Zeichendefinitionen – einschließlich bislang oft problematischer Sonderzeichen oder Umlaute – lassen sich manuell anlegen oder können direkt vom Drucker bezogen werden. Die Software benötigt als Zusatzinformation des Weiteren die erwartete Punktgröße und die Abmessungen des Feldes, in dem die Informationen stehen. Der OCR-Algorithmus ist mit diesen Angaben dann in der Lage, die Zeichen sowie deren Position zuverlässig zu identifizieren. Das Dot-Print-Tool kann die aufgebrachte Daten selbst bei gekippten, bei fehlenden oder sich berührenden Zeichen, bei verdrehter Schrift, ungleichmäßigem Hintergrund oder Kontrastschwankungen lesen.

Von der Stichprobe zur Hundertprozentkontrolle

Für die Lebensmittelindustrie eröffnen sich mit der Installation entsprechender Kamerasysteme und der Bildanalyse-Software Civcore mit dem Dot-Matrix-Tool ganz neue Möglichkeiten im Bereich der Qualitätssicherung. Hersteller können an ihren Hochgeschwindigkeitslinien nunmehr eine automatisierte und lückenlose Kontrolle der meist von Continuous Injekt-Druckern aufgebrachten Dot-Matrix-Kennzeichnungen für jedes einzelne Produkt vornehmen.

Besonders bemerkenswert: Das Auslesen und Verifizieren der Dot-Matrix-Aufdrucke geht nicht zu Lasten der Produktionsgeschwindigkeit, sprich: erfordert kein Zurückfahren der Bandgeschwindigkeit. Hersteller verbessern damit ihre Qualitätsstandards gegenüber bisherig gebräuchlichen Stichproben deutlich. Darüber hinaus lassen sich regulative Vorgaben und Standards für mehr Lebensmittelsicherheit und Verbraucherschutz wie etwa der BRC Global Standard for Food Safety Revision 7 (BRC 7) des Britischen Einzelhandelsverbands erfüllen, der eine visuelle Inspektion aller aufgedruckten Informationen bei jedem Produkt fordert. Viele Lebensmitteleinzelhandelsketten auch in anderen europäischen Ländern verlangen von ihren Lieferanten mittlerweile eine BRC 7-Zertifizierung – Tendenz: steigend.

Weniger Nacharbeiten

Die Praxis offenbart: Lebensmittelhersteller können mit einer automatisierten Inspektion der Dot-Matrix-Aufdrucke aufwändige Nacharbeiten in ihrer Produktion reduzieren. Häufig sind verpackungstechnisch mit Mängeln behaftete Produkte auf Nachlässigkeiten beim Setup der Produktionslinie zurückzuführen. Ein typisches Beispiel hierfür sind falsch aufgedruckte Chargennummern, da der zuständige Mitarbeiter beim Produktwechsel vergaß, diese im Beschriftungssystem zu ändern.

Hersteller, die nur Stichprobenkontrolle durchführen, gehen das Risiko ein, dass ein solcher Serienfehler erst erkannt wird, nachdem viele Produkte das Band schon verlassen haben. Entsprechend hoch sind die damit verbundene Ressourcenverschwendung und der Aufwand für das Umverpacken oder gar Entsorgen der mangelbehafteten Produkte. Anders im Falle einer Hundertprozentkontrolle mittels eines visuellen Inspektionssystems, das den Fehler schon beim ersten inspizierten Produkt erkennt, sofort Alarm schlägt und somit teure Nacharbeiten und Fehlchargen verhindert.

Vorausschauende Wartung

In Zeiten von Industrie 4.0 und Smart Factory ist das Sammeln, Speichern und Auswerten von Produktionsdaten wichtiger denn je. Mit der Civcore Bildanalyse-Software lassen sich auch bei Dot-Matrix-Schriften wertvolle Qualitätsdaten für Echtzeit- und Trendanalysen sammeln. In einer übergeordneten Management-Software wie Prodx von Mettler-Toledo können Hersteller diese Qualitätsdaten mit Daten aus anderen Produktinspektionssystemen zusammenführen – etwa aus Kontrollwaagen, Röntgeninspektionssystemen oder Metalldetektoren.

So erkennt die Software bspw. im Rahmen der Predictive Maintenance frühzeitig Negativtrends bei der Beschriftungsqualität. Verschlechtert sich das Druckbild – etwa durch eine verstopfte oder falsch ausgerichtete Düse des Dot-Matrix-Druckers, benachrichtigt die Software sofort den Linienverantwortlichen. Dieser kann umgehend die Wartung des Druckers initiieren, bevor es zu Ausschuss an der Linie kommt.

Fazit
Mit der Kombination aus Dot-Matrix-Beschriftungsverfahren und neuer OCR-Technologie erhalten Lebensmittelhersteller ein Werkzeug, mit dem sich variable Daten in der Hochgeschwindigkeitsproduktion kostengünstig aufdrucken und automatisiert verifizieren lassen. Damit erfüllen Hersteller internationale Lebensmittelsicherheitsstandards, verbessern ihr Qualitätsmanagement und reduzieren Nacharbeiten.

Wer bereits Dot-Matrix-Drucker in der Produktion einsetzt, kann seine Linien mit geringen Investitionen und aufwandsarm erweitern. Nötig sind hierzu lediglich ein Kamerasystem und eine Bildanalyse-Software, die Dot-Matrix-Schriften lesen kann.