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机器视觉确保条形码检测的可靠性和可重复性

作者:Brent Evanger,Banner Engineering2011.04.25阅读 6113

        随着产品及组件的质量标准面临着越来越多严格的法规要求,条形码的阅读、验证及分级在许多检测过程中变得愈发重要。条形码通常在药物应用中用于跟踪记录,如今也在食品及饮料应用中发挥类似作用。它在工业应用中也越来越普及,使回收产品能尽快得到识别并获悉其生产地,简化了召回过程。
        若视觉传感器的软硬件及照明设备组合得当,则能在上述应用中提供高效的分析功能,因此机器视觉常用于此类领域的条形码检测。当用于条形码阅读(BCR)时,视觉系统能确保包装线上的所有产品都具有正确的条形码(一种有序的包含正确产品标识及其产地数据的编码)。例如,UPC码包含了5 位关于生产厂家资料的数字及5位关于这种特定产品的数字。ECC 200二维条码是二维条形码的一种类型,能极大地增加代码中数据的存贮量,单个二维码的编码能高达2335个1555 ASCII字符。在这些应用中,视觉传感器捕捉特定产品上条形码的图像www.cechina.cn,并对所得图像进行分析和条形码解码,即阅读条形码并验证它的内容。

条形码验证——若视觉传感器的软硬件及照明设备组合得当,则能提供高效的分析功能。

        视觉传感器也可用于条形码分级。对条形码进行分级,能确保所有产品的条形码清晰、具高对比度及完整度,使其在整个制造过程中能被成功阅读。在产品被送到运输船或零售商及最终抵达消费者手中时,条形码也必须能被成功阅读。等级的划分是以从A到F之间的一个值来标识的CONTROL ENGINEERING China版权所有,并基于一系列包括“符号反差”在内的参数,,涉及条形码黑白部分是否能较好地分辨于其他条形码。若条形码黑白元素对比度不够,它可能会难以辨认。成功的视觉检测不仅能对条形码进行分级,还能剔除未通过检测的不合格品,甚至能表明打印条形码的设备可能油墨不足,以此来防止产生更多不合格品。
        大部分具有BCR功能的视觉传感器都能辨识任何方位上的条形码,只要整个条形码都位于镜头的视野之内。通常条形码的总尺寸并不起眼;某些二维条码可能由印于边缘上一些0.001英寸大小的单元组成。这样小的标志也可通过具有合适镜头的视觉传感器来读出。在很多应用中控制工程网版权所有,为了便于辨识,直线条码最狭窄的部分必须具有3像素的宽度,对于二维条码所包含的单元来说也是如此。
        正如符号反差是条形码分级成功的重要参数,条形码与其附着材料之间的对比度也是视觉检测成功的关键。通常,工厂中的环境光照不足以使产品的条形码得到均匀照明,以提供给视觉传感器一个始终清晰的条码图像。即便环境光照充足www.cechina.cn,也可能由于工厂窗户或天窗的存在使光线不均。照明不足将影响视觉传感器对产品条形码进行持续阅读的能力,使结果不可靠。专门的视觉照明方案确保了在视觉检测中获取精确、可重复结果所需的对比度。

BCR,二维条码——专门的照明技术确保了对所需表面的照明,使得相机能精确获取条形码的图像。

        照明设备,其他组件
        在各种可用的视觉照明类型及技术中,环状照明是最常用于条形码检测的一种。环形灯直接安装在相机上并环绕在镜头周围,将灯光对准重要的细节——即条形码。这种特殊的照明技术,确保了充足且均匀的光照,使得视觉传感器能持续高精度地获取图像。对于长时间的光照,环形灯可用LEDs来制造,其使用寿命为100,000小时。

触摸屏传感器,具备可简单现场编程及控制的触摸屏,使得现今的一体化方案可提供BCR-BCR性能。

        其他组件包括相机、处理器以及镜头。对于BCR应用,视觉硬件的选取,应取决于条形码尺寸及其在照相机视野内如何摆放。条形码尺寸的变化可能很大,宽度可从几英寸到一毫米以下。选择的镜头视野应能覆盖条形码的尺寸,以及产品上整个附着条形码的区域。在条形码为机械镌刻或其位置几乎都在同一区域时,镜头视野可以小一些,这使得很多场合可使用标准分辨率相机。若条形码为人工贴放,则镜头视野必须扩大到能包含整个条形码可能出现的产品区域。在这些实例中,应使用高分辨率的相机,以确保相机摄像时包含编码的条码或单元最狭窄的部分至少有3像素。
        视觉传感器的图像处理芯片包括像点以及产生与曝光度成正比的电子信号的光感元件。芯片上的每一个像点都对应一个像素,将获取的光值在8位灰阶影像上由暗到明(在0到255之间变化)进行描绘。用这些方法形成对照以后,它以一个较大的数字差来描述条形码暗部及明部像素间的不同,使这些变化更容易被检测到。
        视觉系统的决定性元件是视觉软件,它包含有所有的编程及图像运算法则,用于在检测中进行监测、分析及控制。这个元件能判断条形码是否存在、是否包含正确的数据以及物理条形码是否清晰。使用BCR工具CONTROL ENGINEERING China版权所有,使得视觉传感器能将整个条形码拍摄成包含暗调及明调的图像,以供分析。之后,传感器将明暗调与存贮在软件中的条形码符号标准进行比较。若明/暗线及空白的变化符合一个已知的条形码式样,其中的数据就可解码。
        进行判断之后,视觉传感器使用通讯工具,通过连续的或以太网通讯,将检测数据发送到PLC或PC。具有可配置I/Os的传感器将收集的检测数据共享,根据条形码所含的数据来分拣产品,将不正确或不清晰的条形码从流水线上区分出来。
        视觉检测可得到十分全面的结果,但传感器的选择、设置以及编程则很复杂。从近年来触摸屏电子设备的“消费大爆炸”中获得灵感,一些视觉传感器提供了一种一体化方案,其自我包含的设计可提供同样全面的检测性能。集成了可现场编程的触摸屏是此类传感器的特色,它还具备可上传及下载检测参数并能从PC输入输出的USB端口。

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