倉庫和工廠的實時資產跟蹤和可追溯性是汽車零部件和子組件、白色消費品、航空航天、運輸和電子系統生產的工業 4.0 和供應鏈管理的一個重要方面?？勺匪菪杂绕渲匾核ㄎ恢酶櫤陀涗浽牧?、組件、子組件和成品的歷史和使用。除了支持生產效率和產品質量外，可追溯性 4.0 是產品安全的一個重要方面，包括防止假冒組件、支持準確召回和確保合規性。

　　可追溯性 4.0 解決方案依賴于標記每個單獨的組件，通常在標簽上使用一維或二維條形碼或直接在物品上標記，并在整個生產過程中主動跟蹤物品的移動。這可能是一個相當大的挑戰。例如，一輛典型的汽車有超過 20，000 個必須跟蹤的組件?？勺匪菪?4.0 的實施可能很復雜。僅僅標記每個組件是不夠的。最好使用單一成像平臺對物品進行條形碼讀取和目視檢查。此外，成像儀需要在惡劣的工業環境和可變照明條件下運行。

　　為了支持工業 4.0 的可追溯性需求，設計人員可以求助于工業智能成像儀，這些成像儀可以讀取一維和二維條碼進行目視檢查，并提供自動對焦以提高成像性能。這些智能成像儀包括先進的解碼算法，甚至可以讀取損壞的條形碼。它們具有雙前窗結構，可最大程度地減少冷凝問題，并具有IP65/67防護等級，以確保在惡劣環境中的性能。

　　本文回顧了可追溯性 4.0 的發展及其如何支持產品安全、產品跟蹤和法規遵從性，回顧了基本的條形碼類型和重建軟件以讀取損壞的條形碼，著眼于系統集成問題以及機械和液態鏡頭自動對焦系統之間的權衡，最后介紹了 智能工業成像儀 從 歐姆龍 以及用于設置條形碼讀取和機器視覺應用程序的軟件開發工具。

　　可追溯性 4.0 適合在哪里?

　　可追溯性4.0是工業4.0不可或缺的一部分。但并非每個制造業務都是工業4.0操作。其他用例(如零售和倉儲)不需要可追溯性 4.0。那么，可追溯性4.0是如何產生的(圖1)?

　　可追溯性1.0通常依靠條形碼自動識別產品，以提高準確性和效率。

　　可追溯性 2.0 使用日期和批號進入供應鏈管理。它旨在支持更高水平的質量和消費者信心，并支持有針對性的產品召回。它仍然用于零售行業。此外，美國食品和藥物管理局 (FDA) 將其用于醫療設備的唯一設備標識符 (UDI)。這是國際標準化組織(ISO)開始制定條形碼質量規范的時候。

　　可追溯性 3.0 標志著跟蹤單個設備的開始，而不是日期和批號。塑料和金屬零件的直接零件標記(DPM)技術是為在惡劣的工業環境中使用而開發的。制定防偽計劃的基礎是為了確保產品和組件的真實性。

　　可追溯性4.0是完整的實施，包括全面的零件歷史記錄和單個零件的幾何尺寸和公差(GD&T)。GD&T在航空航天和汽車制造等精密制造中至關重要，可以根據其確切的GD&T值安裝零件，確保高精度組件并支持高質量系統。

　　圖 1：可追溯性 4.0 是工業 4.0 不可或缺的一部分，但并不能完全取代前幾代可追溯性。(圖片來源：歐姆龍)

　　條形碼類型和標準

　　隨著可追溯性變得更加復雜，條形碼類型也在不斷發展和擴展。今天，有多種常見的條形碼類型，包括線性、二維(如數據矩陣、二維碼和阿茲特克碼)和堆疊線性(如 PDF 417、微型 PDF 和復合碼)(圖 2)。它們可以打印在貼在標簽上或直接標記在零件上。有各種各樣的標準。示例包括：

　　AIAG B4 – 汽車行業行動小組零件識別和跟蹤

　　AS9132 – 航空航天工程師協會，零件標記的數據矩陣質量要求

　　EIA 706 – 電子工業協會，組件標記

　　ISO/IEC 16022 – 國際符號系統規范

　　ISO/IEC 15418 – 符號數據格式語義

　　ISO/IEC 15434 – 符號數據格式語法

　　ISO/IEC 15415 – 2D 打印質量標準

　　ISO/IEC 15416：2016 – 一D 打印質量標準

　　ISO/IEC TR 29158：2011 – 直接零件標志 (DPM) 質量指南

　　SPEC 2000 – 航空運輸協會，電子商務，包括永久零件ID

　　IUID – 美國國防部，永久和唯一物品識別

　　UDI – FDA 醫療器械標識

　　圖 2：可追溯性 4.0 可以支持使用各種條形碼樣式。(圖片來源：歐姆龍)

　　損壞的條形碼怎么辦?

　　條形碼標記可能會發生變化;這并不完美。即使是印刷良好的條形碼也可能在零件在制造過程中移動時損壞或歪斜。零件表面和條形碼之間缺乏對比度，工業環境中的照明變化很大，這導致了開發可追溯性 4.0 基礎設施時必須解決的挑戰。

　　為了應對在各種條件下準確讀取各種條碼的挑戰，Omron 提供了 X-Mode 算法，該算法幾乎可以讀取任何表面上的任何條碼，包括閃亮、紋理或彎曲。使用 X 模式可以最大限度地減少所謂的“無讀取”，最大限度地減少延遲和停機時間。

　　X-Mode 使用先進的數字圖像處理和像素分析來使失真、損壞、印刷質量差或歪斜的符號可讀。對于 DPM 代碼，例如紙板和其他包裝上的噴墨打印代碼或反光金屬表面上的針式標記，X-Mode 可增強圖像的對比度和清晰度，即使在動態環境中也能可靠地讀取和解釋代碼(圖 3)。X-Mode還支持全向解碼，增加了可用安裝角度的范圍，并簡化了條形碼閱讀器的集成。

　　圖 3：先進的數字成像和像素處理使 X 模式軟件能夠在具有挑戰性的條件下讀取代碼。(圖片來源：歐姆龍)

　　系統集成

　　真正的可追溯性 4.0 系統需要將多個攝像頭集成到一個易于使用和易于管理的系統中。借助這些智能工業成像儀，工藝工程師可以使用以太網交換機組合多達八個讀取器，以支持360度代碼讀取和產品檢測，當需要多個代碼的組合輸出或代碼位置不可預測時。

　　通過自動從多個設置中進行選擇，可以支持典型的工業 4.0 操作的高混合制造，以使用基于條形碼大小、類型、照明和對比度以及位置的最佳選項來最大限度地提高讀取率和生產線速度。該系統使用 ISO 標準分級方法對條形碼質量進行在線監控，如果質量低于用戶設置的閾值，可以觸發警報。

　　這些智能工業成像儀具有集成的基于 Web 的條形碼閱讀器界面。每個成像儀都可以使用其 IP 地址在任何支持 Web 的設備上安全訪問。開放式協議結構簡化了設備集成，并消除了設備不兼容的問題。Web 集成包括三個用戶訪問級別。在最 高 級別的安全性和訪問下，用戶可以編輯可以保存到閱讀器內部存儲器或外部設備上并傳輸到其他設備的設置，以加快新設備的集成和不斷變化的環境需求。

　　為了降低整體設備成本，可以使用單個設備監控多個讀取器的檢測狀態。雖然標準成像儀要求每個設備一個顯示器，但這些智能工業成像儀只需要一個顯示器用于多個設備。這簡化了多臺成像儀的安裝和監控。此外，每個智能工業成像儀都集成了網絡監控軟件，可以使用平板電腦或個人計算機對多臺成像儀進行遠程監控。

　　自動對焦選項

　　自動對焦功能可以顯著影響條形碼讀取系統在具有挑戰性的環境中的性能。這些智能工業成像儀提供機械和液態鏡頭自動對焦選擇。機械自動對焦是通過小型電機實現的。它的機械性質意味著它容易受到磨損和金屬疲勞的影響，并且可能需要每年更換一次。液態鏡頭自動對焦通過施加電壓來改變由油和水組成的內部結構的形狀，從而改變鏡頭的焦距(圖4)。由于沒有機械磨損，液體自動對焦機制的使用壽命可達數年。借助液態鏡頭技術，成像儀可以自動將焦點從 50 毫米 (mm) 調整到 1，200 毫米，甚至可以讀取復雜印刷電路板上的高密度數據矩陣符號。 具有任一自動對焦功能的成像儀都可以在連接后的幾秒鐘內讀取任何代碼，無需設置。

　　圖 4：與液態鏡頭自動對焦(右)相比，機械自動對焦(左)需要更多的維護，導致更多的停機時間。(圖片來源：歐姆龍)

　　智能工業成像儀

　　歐姆龍 MicroHAWK 讀碼器提供快速可靠的操作，并具有堅固、超緊湊的外殼和雙前窗結構，有助于避免窗戶內的水分凝結。根據型號的不同，它們可提供 IP65/67 防護等級，以確保在具有挑戰性的環境中的性能。圖像分辨率從 0.3 到 5 百萬像素不等。這些成像儀提供光學、照明和濾波選項，以針對特定的操作環境和成像需求優化設備。MicroHAWK的功能包括：

　　以太網/IP、以太網 TCP/IP 和 PROFINET 連接

　　5 至 30 V直流 帶以太網供電 (PoE) 選項的電源輸入

　　800 MHz 處理器速度，支持快速圖像處理

　　非線性校準 (NLC) 功能通過消除鏡頭畸變，將測量和定位器性能提高了 20 倍。它以毫米和像素為單位輸出測量值。

　　同一設備可支持高達每秒 60 幀的條形碼讀取和目視檢查。MicroHAWK代碼閱讀器的示例包括：

　　V430-F000W12M-SRP、1.2 MP 成像儀，帶寬視場 5.2 mm 焦距鏡頭，以及標準自動對焦、標準紅色外光和加模式成像(圖 5)

　　V430-F000L12M-SRX、1.2 MP 成像儀，帶 16 mm 窄鏡頭，自動對焦至 1，160 mm，標準紅色外光和 X 模式成像

　　圖 5：這款 1.2 MP 成像儀具有 5.2 mm 寬焦距鏡頭和加模式成像軟件。(圖片來源：數碼鑰匙)

　　高效設置

　　Omron 的 AutoVISION 軟件可以加快 MicroHAWK 成像儀的設置和安裝。借助 AutoVISION，用戶可以連接和配置設備，以及編程和監視作業。AutoVISION 作業可跨多個 MicroHAWK 成像儀、軟件包、工業系統以及平板電腦和 PC 進行擴展。它可以將多達 8 個成像儀集成到一個系統中。借助 AutoVISION，這些智能成像儀可用于機器視覺檢測功能，如零件存在、零件定位、零件計數、顏色檢測和尺寸測量。實施 AutoVISION 的過程分為三個步驟：

　　一鍵捕獲圖像

　　使用拖放工具指定檢查區域并分配輸出

　　使用運行按鈕啟動檢查過程

　　AutoVISION開發軟件適用于一系列應用：

　　檢測和一般機器視覺

　　包裝線

　　裝配工藝

　　缺陷檢測

　　總結

　　可追溯性4.0支持工業4.0制造流程和供應鏈，但不能完全取代其他應用中早期版本的可追溯性。高性能成像儀是部署可追溯性 4.0 的關鍵要素。智能工業成像儀具有自動對焦功能，能夠在具有挑戰性的環境和照明條件下可靠運行。NLC 軟件可將測量精度提高多達 20 倍，可用的自動配置軟件可加快高性能可追溯系統的部署。