美国邦纳工程国际有限公司

1　应用背景

数码产品作为目前生活中不可缺少的一部分，人们对它的质量要求也在日益提高，尤其是在目前品牌竞争如此激烈的环境下，产品质量无疑显得至关重要。在电脑、手机的生产组装过程中，厂家在每一块PCB板上打印二维码，从而实现组装过程的全程监控和后台追溯，以确保每一个出厂的产品都符合质量标准，同时相关数据在后台系统存档。

由此可见，作为产品的识别信息，二维码内容的读取效果至关重要，流水线各个工序的读码器能否快速的识别条码信息直接影响到后台管理系统的有效性。

针对PCB板上二维码的打印，包含了三方面的要求：首先激光打标机必须将二维码打印在PCB板上固定位置，尤其是一些精密的电路上，二维码打印位置的偏移会直接对PCB板造成损坏。其次二维码的打印质量必须达到一定的等级要求，以确保后续产线上的读码器能够成功读取条码信息。最后再对二维码的内容进行识别。

2　项目方案介绍

此次项目的客户是一家知名的电脑组装工厂，为了确保产线的生产效率，客户希望将激光打标机的位置引导和条码质量检测集成在一套系统中。根据客户的要求，邦纳公司为客户提供了全套解决方案，在确保不影响现场产量的情况下，实现以下几个功能：

2.1　激光打标机位置引导

借助视觉相机对PCB板的特征点进行识别，并将特征点的坐标发送给激光打标机，引导激光打标机移动到正确位置进行二维码打印。

（1）工作流程图（如图1所示）

图1 位置引导流程图

（2）PCB板的到位检测

考虑到现场设备安装空间狭小，同时为了确保相机触发信号的响应速度和精度，采用邦纳DF-G2系列光纤传感器（如图2所示）进行PCB板的到位检测。

图2 DF-G2光纤传感器

DF-G2光纤传感器具有超高的光通量和高达10ms的响应速度，当检测到PCB板到位时，DF-G2光纤传感器会发送PNP开关量信号给相机，触发相机拍照。

（3）PCB板特征点读取

借助相机软件对PCB板上二维码打印区域附件的一个小圆点进行位置识别，如图3所示。

图3 PCB板特征点

邦纳公司的VE系列相机（如图4所示）为全新一代智能相机，最高支持200帧/秒的拍照速度，具备多种检测工具，可以实现在线参数修改和调试。

图4 VE相机外形

VE相机软件工具界面如图5所示。

图5 VE相机软件工具界面

平均灰度工具（Average Gray）：对指定区域的像素平均值进行统计计算；

涂胶工具（Bead）：检测线状物体的长度、宽度（例如胶条、焊缝、间隙等）；

斑点工具（Blemish）：检测平面区域内的瑕疵和划痕；

二值化工具（Blob）：根据用户指定的灰度阈值、面积、形状来进行像素点统计，并且可以计算出区域质心和相关形状特征参数；

圆弧工具（Circle Dectec）：检测圆弧圆心、周长、半径；

边缘工具（Edge）：捕捉被测物的边缘点，并输出点坐标；

直线工具（Line Dtect）：捕捉被测物边缘，输出边缘长度，起始点坐标和边缘角度；

定位工具（Locate）：运行检测下实现对物体的实时跟踪；

模板工具（Match）：通过模板学习，实现制定轮廓物体的捕捉，并输出质心坐标和旋转角度；

目标工具（Object）：测量被测物的边缘间隙，边缘数量；

数学工具（Math）：实现测量数据的数学计算；

测量工具（Measure）：实现点-点、点-线、线-线的测量；

逻辑工具（Logic）：实现判断条件的逻辑组合；

在此应用中，VE相机通过模板工具能够快速捕捉到小圆点的位置坐标，具体如图6所示。

图6 模板工具对圆孔的查找

（4）坐标转换

由于相机的坐标系与激光打标机的坐标系统为两个独立坐标系，因此牵涉到坐标转换，如图7所示。

图7 不同坐标系转换示意图

坐标系的转换涉及了平移，旋转，比例三方面的计算，如果依靠代码来编写无疑是比较复杂的，而且后期维护起来会比较麻烦。

邦纳相机软件具备坐标系校准功能，可以直接将相机拾取的坐标转换成激光打标机的坐标。常用的方法为3点示教，在平面上选取3个参考点（3个点的X坐标和Y坐标不能相同），然后分别输入这3个点在视觉坐标系和激光打标机坐标系下的坐标值，系统会自动生成对应的转换关系。

（5）坐标输出

邦纳VE系列相机自带千兆以太网接口，支持Ethernet/IP、PROFINET、Modbus/TCP、PCCC通讯方式，可将特征点的坐标直接传送给激光打标机。激光打标机会根据收到的坐标信息，及时微调激光头位置，从而确保将二维码打印在固定位置上。

2.2　二维码内容识别

完成二维码打印后，视觉相机需要对二维码打印质量进行检测，判断其打印质量是否符合要求。

（1）二维码等级判断

目前业内对二维码质量统一采用ISO/IEC 15415的标准，从优到劣分为5个等级，分别是A,B,C,D,E。

针对该标准，邦纳相机软件的专业条码检测工具可以给出下列检测结果。

图8 二维码等级判断

特征反差度（Symbol Contrast Grade）：表示扫描反射率曲线的最高反射率与最低反射率之差。

可编译度（Decode Grade）：表示未被印制偏差占用的、为扫描识读过程留出的容差部分在总可用容差中所占的比例。

调制比（Modulation Grade）：最小边缘反差与符号反差的比, 反映了条码符号中反差的均匀程度。

轴向不均匀度（Axial Nonuniformity Grade）：各采样点X-Y轴上的间距均匀性。

网格不均匀度（Grid Nonuniformity Grade）：交叉网格的矢量偏差。

固有模板污损度（Fixed Pattern Damage Grade）：二维码四周的污损，例如净空区域的损失、失真。

未使用的纠错度（Unusederror correction Grade）：符号内错误功能的未使用率。

整体级别（Overall Grade）：上述几项结果中最差的一个结果。

（2）条码内容的识别

邦纳的视觉软件能够兼容市场上通用类型的一维码和二维码的读取，读取后的条码信息可以通过以太网或串口发送给后台系统。

3　项目总结

整体解决方案以邦纳视觉为核心，为客户提供完整的解决方案，而且安装空间所占很小，可以直接在客户现场产线上进行安装。从现场实际运行效果来看，相机的整体检测时间<200ms，在提高打码质量的同时，不对现有的生产节拍造成任何影响。

美国邦纳工程国际有限公司技术经理郑敏

自动化博览：邦纳能够为电子制造行业提供哪些产品或者解决方案？这些产品和解决方案具有怎样的特色？核心优势是什么？

郑敏：邦纳能为电子制造行业用户提供非常丰富的产品线，包括常规光电、测量、安全、视觉、无线、控制器产品等，能够针对各个场合的不同需求，为客户提供完整的解决方案。借助在电子制造行业多年的项目经验积累，邦纳公司的专业研发和技术团队可以协助客户实现产品和方案的定制化，从用户角度出发，提供最具性价比的产品和服务。

自动化博览：邦纳近年来在电子制造行业市场发展情况如何？您感受到电子制造市场正在发生着哪些变化，呈现出哪些特点？

郑敏：近年来，随着中国劳动成本的上升和自动化技术的发展，电子制造行业的智能化程度逐年提高，传统的劳动密集型流水线正在以惊人的速度退出历史舞台。取而代之的是以机器人技术为核心的自动化产线，对于传感器的厂家来说，这无疑是一个契机，必将会推动传感器技术上升到一个新阶段。

自动化博览：邦纳如何看待中国电子制造行业的未来前景？

郑敏：随着计算机技术和网络技术的日新月异，电子制造业的发展趋势未来会继续保持迅猛的发展势头。在“工业4.0”背景下，未来电子制造市场会实现定制化和智能化，这将会给传感器产品带来巨大的市场需求，但也对传感器技术提出了更高的需求，要求传感器有更开放的数据接口，更紧凑的外观，更快的处理速度。

摘自《自动化博览》2017年8月刊