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美國(guó)邦納工程國(guó)際有限公司

1　應(yīng)用背景

數(shù)碼產(chǎn)品作為目前生活中不可缺少的一部分，人們對(duì)它的質(zhì)量要求也在日益提高，尤其是在目前品牌競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的環(huán)境下，產(chǎn)品質(zhì)量無疑顯得至關(guān)重要。在電腦、手機(jī)的生產(chǎn)組裝過程中，廠家在每一塊PCB板上打印二維碼，從而實(shí)現(xiàn)組裝過程的全程監(jiān)控和后臺(tái)追溯，以確保每一個(gè)出廠的產(chǎn)品都符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)在后臺(tái)系統(tǒng)存檔。

由此可見，作為產(chǎn)品的識(shí)別信息，二維碼內(nèi)容的讀取效果至關(guān)重要，流水線各個(gè)工序的讀碼器能否快速的識(shí)別條碼信息直接影響到后臺(tái)管理系統(tǒng)的有效性。

針對(duì)PCB板上二維碼的打印，包含了三方面的要求：首先激光打標(biāo)機(jī)必須將二維碼打印在PCB板上固定位置，尤其是一些精密的電路上，二維碼打印位置的偏移會(huì)直接對(duì)PCB板造成損壞。其次二維碼的打印質(zhì)量必須達(dá)到一定的等級(jí)要求，以確保后續(xù)產(chǎn)線上的讀碼器能夠成功讀取條碼信息。最后再對(duì)二維碼的內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別。

2　項(xiàng)目方案介紹

此次項(xiàng)目的客戶是一家知名的電腦組裝工廠，為了確保產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，客戶希望將激光打標(biāo)機(jī)的位置引導(dǎo)和條碼質(zhì)量檢測(cè)集成在一套系統(tǒng)中。根據(jù)客戶的要求，邦納公司為客戶提供了全套解決方案，在確保不影響現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)量的情況下，實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

2.1　激光打標(biāo)機(jī)位置引導(dǎo)

借助視覺相機(jī)對(duì)PCB板的特征點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，并將特征點(diǎn)的坐標(biāo)發(fā)送給激光打標(biāo)機(jī)，引導(dǎo)激光打標(biāo)機(jī)移動(dòng)到正確位置進(jìn)行二維碼打印。

（1）工作流程圖（如圖1所示）

圖1 位置引導(dǎo)流程圖

（2）PCB板的到位檢測(cè)

考慮到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝空間狹小，同時(shí)為了確保相機(jī)觸發(fā)信號(hào)的響應(yīng)速度和精度，采用邦納DF-G2系列光纖傳感器（如圖2所示）進(jìn)行PCB板的到位檢測(cè)。

圖2 DF-G2光纖傳感器

DF-G2光纖傳感器具有超高的光通量和高達(dá)10ms的響應(yīng)速度，當(dāng)檢測(cè)到PCB板到位時(shí)，DF-G2光纖傳感器會(huì)發(fā)送PNP開關(guān)量信號(hào)給相機(jī)，觸發(fā)相機(jī)拍照。

（3）PCB板特征點(diǎn)讀取

借助相機(jī)軟件對(duì)PCB板上二維碼打印區(qū)域附件的一個(gè)小圓點(diǎn)進(jìn)行位置識(shí)別，如圖3所示。

圖3 PCB板特征點(diǎn)

邦納公司的VE系列相機(jī)（如圖4所示）為全新一代智能相機(jī)，最高支持200幀/秒的拍照速度，具備多種檢測(cè)工具，可以實(shí)現(xiàn)在線參數(shù)修改和調(diào)試。

圖4 VE相機(jī)外形

VE相機(jī)軟件工具界面如圖5所示。

圖5 VE相機(jī)軟件工具界面

平均灰度工具（Average Gray）：對(duì)指定區(qū)域的像素平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算；

涂膠工具（Bead）：檢測(cè)線狀物體的長(zhǎng)度、寬度（例如膠條、焊縫、間隙等）；

斑點(diǎn)工具（Blemish）：檢測(cè)平面區(qū)域內(nèi)的瑕疵和劃痕；

二值化工具（Blob）：根據(jù)用戶指定的灰度閾值、面積、形狀來進(jìn)行像素點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，并且可以計(jì)算出區(qū)域質(zhì)心和相關(guān)形狀特征參數(shù)；

圓弧工具（Circle Dectec）：檢測(cè)圓弧圓心、周長(zhǎng)、半徑；

邊緣工具（Edge）：捕捉被測(cè)物的邊緣點(diǎn)，并輸出點(diǎn)坐標(biāo)；

直線工具（Line Dtect）：捕捉被測(cè)物邊緣，輸出邊緣長(zhǎng)度，起始點(diǎn)坐標(biāo)和邊緣角度；

定位工具（Locate）：運(yùn)行檢測(cè)下實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的實(shí)時(shí)跟蹤；

模板工具（Match）：通過模板學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)制定輪廓物體的捕捉，并輸出質(zhì)心坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)角度；

目標(biāo)工具（Object）：測(cè)量被測(cè)物的邊緣間隙，邊緣數(shù)量；

數(shù)學(xué)工具（Math）：實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)計(jì)算；

測(cè)量工具（Measure）：實(shí)現(xiàn)點(diǎn)-點(diǎn)、點(diǎn)-線、線-線的測(cè)量；

邏輯工具（Logic）：實(shí)現(xiàn)判斷條件的邏輯組合；

在此應(yīng)用中，VE相機(jī)通過模板工具能夠快速捕捉到小圓點(diǎn)的位置坐標(biāo)，具體如圖6所示。

圖6 模板工具對(duì)圓孔的查找

（4）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

由于相機(jī)的坐標(biāo)系與激光打標(biāo)機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)為兩個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)系，因此牽涉到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，如圖7所示。

圖7 不同坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換示意圖

坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換涉及了平移，旋轉(zhuǎn)，比例三方面的計(jì)算，如果依靠代碼來編寫無疑是比較復(fù)雜的，而且后期維護(hù)起來會(huì)比較麻煩。

邦納相機(jī)軟件具備坐標(biāo)系校準(zhǔn)功能，可以直接將相機(jī)拾取的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成激光打標(biāo)機(jī)的坐標(biāo)。常用的方法為3點(diǎn)示教，在平面上選取3個(gè)參考點(diǎn)（3個(gè)點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)不能相同），然后分別輸入這3個(gè)點(diǎn)在視覺坐標(biāo)系和激光打標(biāo)機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

（5）坐標(biāo)輸出

邦納VE系列相機(jī)自帶千兆以太網(wǎng)接口，支持Ethernet/IP、PROFINET、Modbus/TCP、PCCC通訊方式，可將特征點(diǎn)的坐標(biāo)直接傳送給激光打標(biāo)機(jī)。激光打標(biāo)機(jī)會(huì)根據(jù)收到的坐標(biāo)信息，及時(shí)微調(diào)激光頭位置，從而確保將二維碼打印在固定位置上。

2.2　二維碼內(nèi)容識(shí)別

完成二維碼打印后，視覺相機(jī)需要對(duì)二維碼打印質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，判斷其打印質(zhì)量是否符合要求。

（1）二維碼等級(jí)判斷

目前業(yè)內(nèi)對(duì)二維碼質(zhì)量統(tǒng)一采用ISO/IEC 15415的標(biāo)準(zhǔn)，從優(yōu)到劣分為5個(gè)等級(jí)，分別是A,B,C,D,E。

針對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)，邦納相機(jī)軟件的專業(yè)條碼檢測(cè)工具可以給出下列檢測(cè)結(jié)果。

圖8 二維碼等級(jí)判斷

特征反差度（Symbol Contrast Grade）：表示掃描反射率曲線的最高反射率與最低反射率之差。

可編譯度（Decode Grade）：表示未被印制偏差占用的、為掃描識(shí)讀過程留出的容差部分在總可用容差中所占的比例。

調(diào)制比（Modulation Grade）：最小邊緣反差與符號(hào)反差的比, 反映了條碼符號(hào)中反差的均勻程度。

軸向不均勻度（Axial Nonuniformity Grade）：各采樣點(diǎn)X-Y軸上的間距均勻性。

網(wǎng)格不均勻度（Grid Nonuniformity Grade）：交叉網(wǎng)格的矢量偏差。

固有模板污損度（Fixed Pattern Damage Grade）：二維碼四周的污損，例如凈空區(qū)域的損失、失真。

未使用的糾錯(cuò)度（Unusederror correction Grade）：符號(hào)內(nèi)錯(cuò)誤功能的未使用率。

整體級(jí)別（Overall Grade）：上述幾項(xiàng)結(jié)果中最差的一個(gè)結(jié)果。

（2）條碼內(nèi)容的識(shí)別

邦納的視覺軟件能夠兼容市場(chǎng)上通用類型的一維碼和二維碼的讀取，讀取后的條碼信息可以通過以太網(wǎng)或串口發(fā)送給后臺(tái)系統(tǒng)。

3　項(xiàng)目總結(jié)

整體解決方案以邦納視覺為核心，為客戶提供完整的解決方案，而且安裝空間所占很小，可以直接在客戶現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)線上進(jìn)行安裝。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行效果來看，相機(jī)的整體檢測(cè)時(shí)間<200ms，在提高打碼質(zhì)量的同時(shí)，不對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)節(jié)拍造成任何影響。

美國(guó)邦納工程國(guó)際有限公司技術(shù)經(jīng)理鄭敏

自動(dòng)化博覽：邦納能夠?yàn)殡娮又圃煨袠I(yè)提供哪些產(chǎn)品或者解決方案？這些產(chǎn)品和解決方案具有怎樣的特色？核心優(yōu)勢(shì)是什么？

鄭敏：邦納能為電子制造行業(yè)用戶提供非常豐富的產(chǎn)品線，包括常規(guī)光電、測(cè)量、安全、視覺、無線、控制器產(chǎn)品等，能夠針對(duì)各個(gè)場(chǎng)合的不同需求，為客戶提供完整的解決方案。借助在電子制造行業(yè)多年的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)積累，邦納公司的專業(yè)研發(fā)和技術(shù)團(tuán)隊(duì)可以協(xié)助客戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和方案的定制化，從用戶角度出發(fā)，提供最具性價(jià)比的產(chǎn)品和服務(wù)。

自動(dòng)化博覽：邦納近年來在電子制造行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展情況如何？您感受到電子制造市場(chǎng)正在發(fā)生著哪些變化，呈現(xiàn)出哪些特點(diǎn)？

鄭敏：近年來，隨著中國(guó)勞動(dòng)成本的上升和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，電子制造行業(yè)的智能化程度逐年提高，傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型流水線正在以驚人的速度退出歷史舞臺(tái)。取而代之的是以機(jī)器人技術(shù)為核心的自動(dòng)化產(chǎn)線，對(duì)于傳感器的廠家來說，這無疑是一個(gè)契機(jī)，必將會(huì)推動(dòng)傳感器技術(shù)上升到一個(gè)新階段。

自動(dòng)化博覽：邦納如何看待中國(guó)電子制造行業(yè)的未來前景？

鄭敏：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異，電子制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)未來會(huì)繼續(xù)保持迅猛的發(fā)展勢(shì)頭。在“工業(yè)4.0”背景下，未來電子制造市場(chǎng)會(huì)實(shí)現(xiàn)定制化和智能化，這將會(huì)給傳感器產(chǎn)品帶來巨大的市場(chǎng)需求，但也對(duì)傳感器技術(shù)提出了更高的需求，要求傳感器有更開放的數(shù)據(jù)接口，更緊湊的外觀，更快的處理速度。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年8月刊