仓库和工厂的实时资产跟踪和可追溯性是汽车零部件和子组件、白色消费品、航空航天、运输和电子系统生产的工业 4.0 和供应链管理的一个重要方面。可追溯性尤其重要：它包括位置跟踪和记录原材料、组件、子组件和成品的历史和使用。除了支持生产效率和产品质量外，可追溯性 4.0 是产品安全的一个重要方面，包括防止假冒组件、支持准确召回和确保合规性。

　　可追溯性 4.0 解决方案依赖于标记每个单独的组件，通常在标签上使用一维或二维条形码或直接在物品上标记，并在整个生产过程中主动跟踪物品的移动。这可能是一个相当大的挑战。例如，一辆典型的汽车有超过 20，000 个必须跟踪的组件。可追溯性 4.0 的实施可能很复杂。仅仅标记每个组件是不够的。最好使用单一成像平台对物品进行条形码读取和目视检查。此外，成像仪需要在恶劣的工业环境和可变照明条件下运行。

　　为了支持工业 4.0 的可追溯性需求，设计人员可以求助于工业智能成像仪，这些成像仪可以读取一维和二维条码进行目视检查，并提供自动对焦以提高成像性能。这些智能成像仪包括先进的解码算法，甚至可以读取损坏的条形码。它们具有双前窗结构，可最大程度地减少冷凝问题，并具有IP65/67防护等级，以确保在恶劣环境中的性能。

　　本文回顾了可追溯性 4.0 的发展及其如何支持产品安全、产品跟踪和法规遵从性，回顾了基本的条形码类型和重建软件以读取损坏的条形码，着眼于系统集成问题以及机械和液态镜头自动对焦系统之间的权衡，最后介绍了 智能工业成像仪 从 欧姆龙 以及用于设置条形码读取和机器视觉应用程序的软件开发工具。

　　可追溯性 4.0 适合在哪里?

　　可追溯性4.0是工业4.0不可或缺的一部分。但并非每个制造业务都是工业4.0操作。其他用例(如零售和仓储)不需要可追溯性 4.0。那么，可追溯性4.0是如何产生的(图1)?

　　可追溯性1.0通常依靠条形码自动识别产品，以提高准确性和效率。

　　可追溯性 2.0 使用日期和批号进入供应链管理。它旨在支持更高水平的质量和消费者信心，并支持有针对性的产品召回。它仍然用于零售行业。此外，美国食品和药物管理局 (FDA) 将其用于医疗设备的唯一设备标识符 (UDI)。这是国际标准化组织(ISO)开始制定条形码质量规范的时候。

　　可追溯性 3.0 标志着跟踪单个设备的开始，而不是日期和批号。塑料和金属零件的直接零件标记(DPM)技术是为在恶劣的工业环境中使用而开发的。制定防伪计划的基础是为了确保产品和组件的真实性。

　　可追溯性4.0是完整的实施，包括全面的零件历史记录和单个零件的几何尺寸和公差(GD&T)。GD&T在航空航天和汽车制造等精密制造中至关重要，可以根据其确切的GD&T值安装零件，确保高精度组件并支持高质量系统。

　　图 1：可追溯性 4.0 是工业 4.0 不可或缺的一部分，但并不能完全取代前几代可追溯性。(图片来源：欧姆龙)

　　条形码类型和标准

　　随着可追溯性变得更加复杂，条形码类型也在不断发展和扩展。今天，有多种常见的条形码类型，包括线性、二维(如数据矩阵、二维码和阿兹特克码)和堆叠线性(如 PDF 417、微型 PDF 和复合码)(图 2)。它们可以打印在贴在标签上或直接标记在零件上。有各种各样的标准。示例包括：

　　AIAG B4 – 汽车行业行动小组零件识别和跟踪

　　AS9132 – 航空航天工程师协会，零件标记的数据矩阵质量要求

　　EIA 706 – 电子工业协会，组件标记

　　ISO/IEC 16022 – 国际符号系统规范

　　ISO/IEC 15418 – 符号数据格式语义

　　ISO/IEC 15434 – 符号数据格式语法

　　ISO/IEC 15415 – 2D 打印质量标准

　　ISO/IEC 15416：2016 – 一D 打印质量标准

　　ISO/IEC TR 29158：2011 – 直接零件标志 (DPM) 质量指南

　　SPEC 2000 – 航空运输协会，电子商务，包括永久零件ID

　　IUID – 美国国防部，永久和唯一物品识别

　　UDI – FDA 医疗器械标识

　　图 2：可追溯性 4.0 可以支持使用各种条形码样式。(图片来源：欧姆龙)

　　损坏的条形码怎么办?

　　条形码标记可能会发生变化;这并不完美。即使是印刷良好的条形码也可能在零件在制造过程中移动时损坏或歪斜。零件表面和条形码之间缺乏对比度，工业环境中的照明变化很大，这导致了开发可追溯性 4.0 基础设施时必须解决的挑战。

　　为了应对在各种条件下准确读取各种条码的挑战，Omron 提供了 X-Mode 算法，该算法几乎可以读取任何表面上的任何条码，包括闪亮、纹理或弯曲。使用 X 模式可以最大限度地减少所谓的“无读取”，最大限度地减少延迟和停机时间。

　　X-Mode 使用先进的数字图像处理和像素分析来使失真、损坏、印刷质量差或歪斜的符号可读。对于 DPM 代码，例如纸板和其他包装上的喷墨打印代码或反光金属表面上的针式标记，X-Mode 可增强图像的对比度和清晰度，即使在动态环境中也能可靠地读取和解释代码(图 3)。X-Mode还支持全向解码，增加了可用安装角度的范围，并简化了条形码阅读器的集成。

　　图 3：先进的数字成像和像素处理使 X 模式软件能够在具有挑战性的条件下读取代码。(图片来源：欧姆龙)

　　系统集成

　　真正的可追溯性 4.0 系统需要将多个摄像头集成到一个易于使用和易于管理的系统中。借助这些智能工业成像仪，工艺工程师可以使用以太网交换机组合多达八个读取器，以支持360度代码读取和产品检测，当需要多个代码的组合输出或代码位置不可预测时。

　　通过自动从多个设置中进行选择，可以支持典型的工业 4.0 操作的高混合制造，以使用基于条形码大小、类型、照明和对比度以及位置的最佳选项来最大限度地提高读取率和生产线速度。该系统使用 ISO 标准分级方法对条形码质量进行在线监控，如果质量低于用户设置的阈值，可以触发警报。

　　这些智能工业成像仪具有集成的基于 Web 的条形码阅读器界面。每个成像仪都可以使用其 IP 地址在任何支持 Web 的设备上安全访问。开放式协议结构简化了设备集成，并消除了设备不兼容的问题。Web 集成包括三个用户访问级别。在最 高 级别的安全性和访问下，用户可以编辑可以保存到阅读器内部存储器或外部设备上并传输到其他设备的设置，以加快新设备的集成和不断变化的环境需求。

　　为了降低整体设备成本，可以使用单个设备监控多个读取器的检测状态。虽然标准成像仪要求每个设备一个显示器，但这些智能工业成像仪只需要一个显示器用于多个设备。这简化了多台成像仪的安装和监控。此外，每个智能工业成像仪都集成了网络监控软件，可以使用平板电脑或个人计算机对多台成像仪进行远程监控。

　　自动对焦选项

　　自动对焦功能可以显著影响条形码读取系统在具有挑战性的环境中的性能。这些智能工业成像仪提供机械和液态镜头自动对焦选择。机械自动对焦是通过小型电机实现的。它的机械性质意味着它容易受到磨损和金属疲劳的影响，并且可能需要每年更换一次。液态镜头自动对焦通过施加电压来改变由油和水组成的内部结构的形状，从而改变镜头的焦距(图4)。由于没有机械磨损，液体自动对焦机制的使用寿命可达数年。借助液态镜头技术，成像仪可以自动将焦点从 50 毫米 (mm) 调整到 1，200 毫米，甚至可以读取复杂印刷电路板上的高密度数据矩阵符号。 具有任一自动对焦功能的成像仪都可以在连接后的几秒钟内读取任何代码，无需设置。

　　图 4：与液态镜头自动对焦(右)相比，机械自动对焦(左)需要更多的维护，导致更多的停机时间。(图片来源：欧姆龙)

　　智能工业成像仪

　　欧姆龙 MicroHAWK 读码器提供快速可靠的操作，并具有坚固、超紧凑的外壳和双前窗结构，有助于避免窗户内的水分凝结。根据型号的不同，它们可提供 IP65/67 防护等级，以确保在具有挑战性的环境中的性能。图像分辨率从 0.3 到 5 百万像素不等。这些成像仪提供光学、照明和滤波选项，以针对特定的操作环境和成像需求优化设备。MicroHAWK的功能包括：

　　以太网/IP、以太网 TCP/IP 和 PROFINET 连接

　　5 至 30 V直流 带以太网供电 (PoE) 选项的电源输入

　　800 MHz 处理器速度，支持快速图像处理

　　非线性校准 (NLC) 功能通过消除镜头畸变，将测量和定位器性能提高了 20 倍。它以毫米和像素为单位输出测量值。

　　同一设备可支持高达每秒 60 帧的条形码读取和目视检查。MicroHAWK代码阅读器的示例包括：

　　V430-F000W12M-SRP、1.2 MP 成像仪，带宽视场 5.2 mm 焦距镜头，以及标准自动对焦、标准红色外光和加模式成像(图 5)

　　V430-F000L12M-SRX、1.2 MP 成像仪，带 16 mm 窄镜头，自动对焦至 1，160 mm，标准红色外光和 X 模式成像

　　图 5：这款 1.2 MP 成像仪具有 5.2 mm 宽焦距镜头和加模式成像软件。(图片来源：数码钥匙)

　　高效设置

　　Omron 的 AutoVISION 软件可以加快 MicroHAWK 成像仪的设置和安装。借助 AutoVISION，用户可以连接和配置设备，以及编程和监视作业。AutoVISION 作业可跨多个 MicroHAWK 成像仪、软件包、工业系统以及平板电脑和 PC 进行扩展。它可以将多达 8 个成像仪集成到一个系统中。借助 AutoVISION，这些智能成像仪可用于机器视觉检测功能，如零件存在、零件定位、零件计数、颜色检测和尺寸测量。实施 AutoVISION 的过程分为三个步骤：

　　一键捕获图像

　　使用拖放工具指定检查区域并分配输出

　　使用运行按钮启动检查过程

　　AutoVISION开发软件适用于一系列应用：

　　检测和一般机器视觉

　　包装线

　　装配工艺

　　缺陷检测

　　总结

　　可追溯性4.0支持工业4.0制造流程和供应链，但不能完全取代其他应用中早期版本的可追溯性。高性能成像仪是部署可追溯性 4.0 的关键要素。智能工业成像仪具有自动对焦功能，能够在具有挑战性的环境和照明条件下可靠运行。NLC 软件可将测量精度提高多达 20 倍，可用的自动配置软件可加快高性能可追溯系统的部署。