技术更新:机器视觉可确保可靠、可重复的条形码检测

随着产品和成分质量标准面临越来越严格的机构法规，条形码读取、验证和分级在许多检查过程中越来越重要。条形码通常用于制药应用的追溯目的，现在用于食品和饮料应用的类似目的。它们也更频繁地应用于工业应用，使被召回的产品能够快速识别并追踪到其制造来源，从而简化了召回过程。

机器视觉常用于条形码检测在上述领域，由于视觉传感器硬件、软件和照明的适当组合可以在这些应用中提供高效、有效的分析。当应用条形码读取(BCR)时，视觉系统可以确保包装线上的每个产品都包含正确的条形码，而条形码又包含正确的产品标识和生产位置数据。例如，UPC符号包括5位关于产品制造商的数据和5位关于特定产品的数据。ECC 200数据矩阵是一种二维条形码符号类型，可以极大地增加代码中存储的数据量:单个数据矩阵符号可以编码多达2335个1555个ASCII字符的数字。在每一种情况下，视觉传感器都会捕获被检查产品上的条形码图像，然后分析捕获的图像以“解码”符号——从而“读取”代码以验证其内容。

视觉传感器还可以应用于分级条形码。分级用于确保每个产品包含清晰、高对比度和完整的代码，可以在整个制造过程中成功阅读。在产品到达运输、零售商和最终消费者的过程中，还必须成功读取条形码。分级是根据一系列参数进行的，包括“符号对比度”，这涉及到条形码的黑色和白色部分可以彼此区分的程度。如果条形码在这两个元素之间没有显示出足够的对比，则在下游可能难以辨认。一次成功的视觉检查不仅会对条形码进行分级，而且如果检查不合格，还会拒收产品，这可能表明标记条形码的设备墨水量是否不足，从而防止未来的产品被拒收。

大多数具有BCR功能的视觉传感器都可以识别放置在任何方向的条形码，只要整个代码都在相机的视野范围内。条形码符号的整体大小通常不是问题;一些数据矩阵符号可以由小到.001 in的单元格组成。在另一边。用合适的镜片，视觉传感器就能读懂这些小标记。但是，条形码必须满足一定的分辨率要求才能被成功读取。对于大多数应用程序，线性代码中最窄的条必须至少有3个像素宽才能清晰可辨。数据矩阵中的单元格也是如此。

用于条形码检查的视觉

正如对比度是成功的条形码分级的关键参数一样，条形码符号与其所在材料之间的对比度是视觉检查成功的关键。通常，工厂环境中的环境光不足以均匀地照亮产品的条形码，从而使视觉传感器始终获得代码的清晰图像。即使环境光线充足，由于植物窗或天窗的存在，光线也常常不一致。较差的光照会影响视觉传感器以一致的方式从产品到产品读取条形码的能力，导致结果不可靠。一个专门的视觉照明解决方案建立所需的对比度，以获得准确的，可重复的结果，从视觉检查。

多种多样的视觉照明类型和技术有，环形灯是最常用的照明条码检查。环形灯直接安装在相机上，围绕着相机镜头，将照明对准感兴趣的特征——在这种情况下，就是条形码。这种专用的照明技术确保了充足和均匀的照明，使视觉传感器能够始终如一地获得高精度的图像。为了获得持久的照明，使用led的环形灯可提供10万小时的使用寿命。

照明是构成视觉传感器硬件的几个组件之一，它还包括相机、处理器和镜头。对于BCR应用，应该根据条形码的大小以及它在相机视野中的位置来选择视觉硬件。条形码符号的大小可以有很大差异，从几英寸宽到不到一毫米宽。所选择的镜头应该提供一个适应条形码大小的视野，以及条形码可能放置的整个产品区域。对于机械印制条形码或每次应用于精确相同位置的应用程序，视野通常可以更小，在许多情况下允许使用标准分辨率相机。如果条形码是手工放置的，则必须将视野扩展到包括可能出现条形码的整个产品区域。在这些情况下，应该使用高分辨率摄像机来确保由摄像机捕捉到的最窄的代码条或单元格至少有三个像素宽。

视觉传感器如何解读条形码的关键是传感器的操作本质上是一个电子光度计。视觉传感器的成像芯片由光敏元件组成，这些光敏元件产生的电子信号与它们所暴露的光量成正比。成像仪芯片上的每个光斑都连接到一个像素，该像素以8位灰度描述所获得的光值，从暗到亮，范围从0到255。在这些术语中，当对比度被创建时，它在条形码的黑暗和明亮部分的像素之间产生了更大的数字差异，使这些变化更容易被检测到。

机器视觉软件

视觉系统的最后一个要素，即视觉软件，包括监视、分析和控制检查所需的所有编程和图像算法。这是一个组件，它确定条形码是否存在，它是否包含正确的数据，以及物理条形码符号是否清晰可辨。BCR工具允许视觉传感器将完整的条形码捕捉为包含浅色和深色图案的图像，以便进行分析。然后，传感器能够将这些明暗图案与存储在软件中的条形码符号标准进行比较。如果明暗线和空间变化可以识别为已知的条形码符号类型，则可以对数据进行解码。

在做出此判断后，视觉传感器使用通信工具通过串行或以太网通信将检测数据发送到PLC或PC。提供可配置I/ o的传感器不仅仅是共享收集到的检测数据——它们通过根据每个条形码所包含的数据对产品进行排序，以及从生产线上转移任何不正确或难以辨认的条形码来应用这些数据。

同时进行视力检查的结果是全面的，传感器的选择，设置和编程可能是复杂的。从近年来触摸屏驱动的消费电子设备的爆炸式增长中，一些视觉传感器现在提供了一个一体化的解决方案，在一个独立的设计中提供了同样全面的检测功能。这种类型的传感器具有一个集成的触摸屏，用于现场编程，但也提供了一个USB端口，用于从PC上传和下载检测参数和结果。简单易用的设计加快了操作人员的培训，减少了设置条形码检查所需的编程时间，同时允许用户在工厂现场实时监控和控制检查，无需外部PC或其他组件。这些创新，配合广泛的硬件选项和复杂的BCR功能，确保机器视觉为条形码检查提供可靠、可重复的解决方案。

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Brent Evanger是Banner Engineering的应用工程师。

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