美國邦納工程國際有限公司

1　應用背景

數碼產(chǎn)品作為目前生活中不可缺少的一部分，人們對它的質(zhì)量要求也在日益提高，尤其是在目前品牌競爭如此激烈的環(huán)境下，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)疑顯得至關(guān)重要。在電腦、手機的生產(chǎn)組裝過(guò)程中，廠(chǎng)家在每一塊PCB板上打印二維碼，從而實(shí)現組裝過(guò)程的全程監控和后臺追溯，以確保每一個(gè)出廠(chǎng)的產(chǎn)品都符合質(zhì)量標準，同時(shí)相關(guān)數據在后臺系統存檔。

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

針對PCB板上二維碼的打印，包含了三方面的要求：首先激光打標機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PCB板造成損壞。其次二維碼的打印質(zhì)量必須達到一定的等級要求，以確保后續產(chǎn)線(xiàn)上的讀碼器能夠成功讀取條碼信息。最后再對二維碼的內容進(jìn)行識別。

2　項目方案介紹

此次項目的客戶(hù)是一家知名的電腦組裝工廠(chǎng)，為了確保產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率，客戶(hù)希望將激光打標機的位置引導和條碼質(zhì)量檢測集成在一套系統中。根據客戶(hù)的要求，邦納公司為客戶(hù)提供了全套解決方案，在確保不影響現場(chǎng)產(chǎn)量的情況下，實(shí)現以下幾個(gè)功能：

2.1　激光打標機位置引導

借助視覺(jué)相機對PCB板的特征點(diǎn)進(jìn)行識別，并將特征點(diǎn)的坐標發(fā)送給激光打標機，引導激光打標機移動(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 位置引導流程圖

（2）PCB板的到位檢測

考慮到現場(chǎng)設備安裝空間狹小，同時(shí)為了確保相機觸發(fā)信號的響應速度和精度，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。

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10ms的響應速度，當檢測到PCB板到位時(shí)，DF-G2光纖傳感器會(huì )發(fā)送PNP開(kāi)關(guān)量信號給相機，觸發(fā)相機拍照。

（3）PCB板特征點(diǎn)讀取

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

圖3 PCB板特征點(diǎn)

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

圖4 VE相機外形

VE相機軟件工具界面如圖5所示。

圖5 VE相機軟件工具界面

平均灰度工具（Average Gray）：對指定區域的像素平均值進(jìn)行統計計算；

涂膠工具（Bead）：檢測線(xiàn)狀物體的長(cháng)度、寬度（例如膠條、焊縫、間隙等）；

斑點(diǎn)工具（Blemish）：檢測平面區域內的瑕疵和劃痕；

二值化工具（Blob）：根據用戶(hù)指定的灰度閾值、面積、形狀來(lái)進(jìn)行像素點(diǎn)統計，并且可以計算出區域質(zhì)心和相關(guān)形狀特征參數；

圓弧工具（Circle Dectec）：檢測圓弧圓心、周長(cháng)、半徑；

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

直線(xiàn)工具（Line Dtect）：捕捉被測物邊緣，輸出邊緣長(cháng)度，起始點(diǎn)坐標和邊緣角度；

定位工具（Locate）：運行檢測下實(shí)現對物體的實(shí)時(shí)跟蹤；

模板工具（Match）：通過(guò)模板學(xué)習，實(shí)現制定輪廓物體的捕捉，并輸出質(zhì)心坐標和旋轉角度；

目標工具（Object）：測量被測物的邊緣間隙，邊緣數量；

數學(xué)工具（Math）：實(shí)現測量數據的數學(xué)計算；

測量工具（Measure）：實(shí)現點(diǎn)-點(diǎn)、點(diǎn)-線(xiàn)、線(xiàn)-線(xiàn)的測量；

邏輯工具（Logic）：實(shí)現判斷條件的邏輯組合；

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

圖6 模板工具對圓孔的查找

（4）坐標轉換

由于相機的坐標系與激光打標機的坐標系統為兩個(gè)獨立坐標系，因此牽涉到坐標轉換，如圖7所示。

圖7 不同坐標系轉換示意圖

坐標系的轉換涉及了平移，旋轉，比例三方面的計算，如果依靠代碼來(lái)編寫(xiě)無(wú)疑是比較復雜的，而且后期維護起來(lái)會(huì )比較麻煩。

邦納相機軟件具備坐標系校準功能，可以直接將相機拾取的坐標轉換成激光打標機的坐標。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坐標和Y坐標不能相同），然后分別輸入這3個(gè)點(diǎn)在視覺(jué)坐標系和激光打標機坐標系下的坐標值，系統會(huì )自動(dòng)生成對應的轉換關(guān)系。

（5）坐標輸出

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

2.2　二維碼內容識別

完成二維碼打印后，視覺(jué)相機需要對二維碼打印質(zhì)量進(jìn)行檢測，判斷其打印質(zhì)量是否符合要求。

（1）二維碼等級判斷

目前業(yè)內對二維碼質(zhì)量統一采用ISO/IEC 15415的標準，從優(yōu)到劣分為5個(gè)等級，分別是A,B,C,D,E。

針對該標準，邦納相機軟件的專(zhuān)業(yè)條碼檢測工具可以給出下列檢測結果。

圖8 二維碼等級判斷

特征反差度（Symbol Contrast Grade）：表示掃描反射率曲線(xiàn)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、為掃描識讀過(guò)程留出的容差部分在總可用容差中所占的比例。

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

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，例如凈空區域的損失、失真。

未使用的糾錯度（Unusederror correction Grade）：符號內錯誤功能的未使用率。

整體級別（Overall Grade）：上述幾項結果中最差的一個(gè)結果。

（2）條碼內容的識別

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

3　項目總結

整體解決方案以邦納視覺(jué)為核心，為客戶(hù)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(hù)現場(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行安裝。從現場(chǎng)實(shí)際運行效果來(lái)看，相機的整體檢測時(shí)間<200ms，在提高打碼質(zhì)量的同時(shí)，不對現有的生產(chǎn)節拍造成任何影響。

美國邦納工程國際有限公司技術(shù)經(jīng)理鄭敏

自動(dòng)化博覽：邦納能夠為電子制造行業(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)勢是什么？

鄭敏：邦納能為電子制造行業(yè)用戶(hù)提供非常豐富的產(chǎn)品線(xiàn)，包括常規光電、測量、安全、視覺(jué)、無(wú)線(xiàn)、控制器產(chǎn)品等，能夠針對各個(gè)場(chǎng)合的不同需求，為客戶(hù)提供完整的解決方案。借助在電子制造行業(yè)多年的項目經(jīng)驗積累，邦納公司的專(zhuān)業(yè)研發(fā)和技術(shù)團隊可以協(xié)助客戶(hù)實(shí)現產(chǎn)品和方案的定制化，從用戶(hù)角度出發(fā)，提供最具性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品和服務(wù)。

自動(dòng)化博覽：邦納近年來(lái)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(zhù)哪些變化，呈現出哪些特點(diǎn)？

鄭敏：近年來(lái)，隨著(zhù)中國勞動(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，傳統的勞動(dòng)密集型流水線(xiàn)正在以驚人的速度退出歷史舞臺。取而代之的是以機器人技術(shù)為核心的自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)，對于傳感器的廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一個(gè)契機，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：邦納如何看待中國電子制造行業(yè)的未來(lái)前景？

鄭敏：隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的日新月異，電子制造業(yè)的發(fā)展趨勢未來(lái)會(huì )繼續保持迅猛的發(fā)展勢頭。在“工業(yè)4.0”背景下，未來(lái)電子制造市場(chǎng)會(huì )實(shí)現定制化和智能化，這將會(huì )給傳感器產(chǎn)品帶來(lái)巨大的市場(chǎng)需求，但也對傳感器技術(shù)提出了更高的需求，要求傳感器有更開(kāi)放的數據接口，更緊湊的外觀(guān)，更快的處理速度。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年8月刊