基于HALCON的激光打標機讀碼

1、基于HALCON的激光打標機讀碼    摘要：激光加工在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用， 印刷電路板（PCB）行業(yè)亦如此，很多產(chǎn)品每一快PCB板上打上唯一的序列號以進行標記以便于在后續(xù)工序中對產(chǎn)品進行辨識，這種序列號往往為二維碼或者條碼。在激光加工具有高精度高效率的同時采用機器視覺對PCB板進行定位以及其打標內(nèi)容的讀取，使得這種方式具有極高的效率。 關鍵詞：機器視覺 PCB 讀碼 激光 中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）03-0085-02 隨著整個社會電子化程度的不斷加深，越來越高的需求也帶來了PCB行業(yè)的飛速

2、發(fā)展，對其生產(chǎn)率的要求也是越來越高，最具代表性的就是以表面貼片技術（SMT）為主導的PCB制造業(yè)1。如今整條SMT工藝生產(chǎn)線已經(jīng)完全實現(xiàn)了自動化，在實現(xiàn)這種自動化的過程當中，需要對每一塊PCB板進行一個唯一的標識，具有快速高效等優(yōu)勢的激光打標機能很好地滿足這種需求以適應SMT行業(yè)的自動化。 1 典型激光打標機的基本結構 激光打標機結構如圖1所示：7 整個設備軟件基于Windows XP平臺，采用Visual Studio2005作為開發(fā)工具，機器視覺使用HALCON9.0所提供的 C+庫所提供的算子完成。硬件部分使用運動控制卡以及數(shù)字IO對電機以及氣動元件進行控制，機器視覺部分的硬件主要是工業(yè)

3、相機、圖像采集卡、光源以及光源控制器等構成。工作流程簡化為PCB板由傳送帶上料之后被固定住，再由XY工作臺根據(jù)所輸入的坐標將PCB板送到相應的點，由激光器打標，之后再由工業(yè)相機讀取所打內(nèi)容。 2 HALCON以及其與Visual C+（VC+）的混合開發(fā)環(huán)境 2.1 HALCON簡介以及其特點 HALCON是德國MVtec公司開發(fā)的一套完善的標準的機器視覺算法包它靈活的架構便于機器視覺、醫(yī)學圖像和圖像分析應用的快速開發(fā)。在歐洲以及日本的工業(yè)界已經(jīng)是公認具有最佳效能的Machine Vision軟件。HALCON有一千多個各自獨立的函數(shù)，以及底層的數(shù)據(jù)管理核心構成。其中包括了各類濾波、色彩以及幾

4、何、數(shù)學轉換、形態(tài)學計算分析、校正、分類辨識、形狀搜尋等等基本的幾何以及影像計算功能。應用涵蓋醫(yī)學、遙感探測、監(jiān)控到工業(yè)上的各類自動化檢測。HALCON支持Windows，Linux和Mac OS X操作系統(tǒng)。整個函數(shù)庫可以用C，C+，C#，Visual Basic和Delphi等多種普通編程語言訪問。具有很好的硬件兼容性。 2.2 HALCON與VC+混合開發(fā)軟件的基本流程 HALCON和Visual C+的混合編程是將Visual Studio作為整個視覺系統(tǒng)應用程序開發(fā)環(huán)境，通過函數(shù)調(diào)用使用HALCON圖像處理函數(shù)庫實現(xiàn)視覺系統(tǒng)核心處理功能，從而完成讀碼工作。程序設計流程為： （1）利用

5、HDevelop環(huán)境檢查分析圖像，建立視覺讀碼計算模型，開發(fā)視覺讀碼核心算法代碼，對程序功能進行驗證； （2）由HDevelop導出視覺測量程序代碼，生成C+代碼； （3）配置HALCON和VC+混合編程開發(fā)環(huán)境； （4）在VC+環(huán)境中通過程序語言的功能來開發(fā)整個讀碼程序以及界面的構建，完成程序功能的驗證。 （5）編譯、鏈接生成應用程序。 要在VC+中調(diào)用HALCON函數(shù)空，首先要在VC+中配置相應的交互編程環(huán)境：在project->settings的Link屬性頁中添加halconcpp.lib；在project->settings的C/C+屬性頁Preprocessor中添加目

6、錄$（HALCONROOT）include，$（HALCONROOT）includecpp；在project->settings的Link屬性頁input下拉菜單中添加路徑$（HALCONROOT）lib$halconarch。 3 軟件開發(fā) HALCON/C+接口提供了兩種不同方式在C+中調(diào)用HALCON函數(shù)庫：子程序調(diào)用法和面向?qū)ο笳{(diào)用法。子程序調(diào)用法就是在VC+環(huán)境下直接調(diào)用HALCON算子。面向?qū)ο笳{(diào)用法則是通過一系列類來調(diào)用HALCON算子。C+作為一種面向?qū)ο蟮恼Z言，在使用是通常傾向于使用面向?qū)ο蟮姆绞絹碚{(diào)用，因此必須對HALCON庫中的算子進行封裝。 在該讀碼系統(tǒng)中，圖像采

7、集與現(xiàn)實主要在工業(yè)攝像機提供的二次開發(fā)函數(shù)庫的基礎上，采用VC+進行測量圖像采集與顯示功能的開發(fā)，實現(xiàn)工業(yè)相機參數(shù)控制、測量圖像采集與顯示等功能。而讀碼主要是通過采集到的圖像進行讀取，主要包括感興趣區(qū)域ROI（Region of Interest）和讀碼函數(shù)兩個功能模塊2。 3.1 HALCON C+庫所提供的讀碼相關算子 利用讀取二維碼的算子所寫程序如下： create_data_code_2d_model（QR Code，DataCodeHandle）； set_data_code_2d_param（DataCodeHandle，default_parameters，enhanced_re

8、cognition）； find_data_code_2d（Image，SymbolXLDs，DataCodeHandle，ResultHandles，DecodedDataStrings）； 所用到的在HALCON中為類型HObject的圖像文件即通過相機所提供的API函數(shù)所提供。 在該激光打標機中，由激光機打完條碼就立刻用工業(yè)相機讀取所打的二維碼值，PCB板由打標機上的夾具固定之后送到所要求的特定點進行打標，而每次打標點在相機視野中的像素坐標是固定的，因而在去讀二維碼時不用在整個相機視野中對二維碼進行查找，只需在打標點在相機視野附近的一個區(qū)域內(nèi)進行讀碼，這樣做可以在很大程度上提升讀碼速度并

9、且防止誤讀。因而在讀碼前應在傳入的HObject類型的圖像數(shù)據(jù)截取以打標點在相機視野中像素點為中心，適當大于所打條碼所占范圍區(qū)域讀碼，即獲取所需要的ROI，利用算子gen_rectang2、reduce_domain可實現(xiàn)該功能。即在所傳入的HObject類型圖像文件中截取所需要的區(qū)域34。 3.2 面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方式 首先要將HALCON的C+庫中所提供的算子封裝成類，創(chuàng)建一個名為CUserHalcon的類， class CUserHalcon public： CUserHalcon（）； CUserHalcon（）； BOOL Read2DCode_（const HObject Image

10、，char* DecodeDataString）； private： inline BOOL CheckHalconValue（int errcode） return errcode=H_MSG_TRUE； /通過HALCON算子的返回值判斷視覺系統(tǒng)運行是否正常 int m_halcon_errcode； ； BOOL CUserHalcon：Read2DCode（const HObject Image，char* DecodeDataString） HLong DataCodeHandle，ResultHandle；HObject SymbolXLDs，Rectangle，ImageRedu

11、ced； HTuple row，column，phi，length1，length2； m_halcon_errcode=gen_rectangle2（&Rectangle，row，column，phi，length1，length2）； /生成所要讀碼的舉行區(qū)域 m_halcon_errcode=reduce_domain（Image，Rectangle，&ImageReduced）； /將相機傳入圖片對象對應的舉行區(qū)域截出用以讀碼 m_halcon_errcode=create_data_code_2d_model（QRCode，DataCodeHandle）； m_hal

12、con_errcode=set_data_code_2d_param（DataCodeHandle，default_parameters，enhanced_recognition）； m_halcon_errcode=find_data_code_2d（ImageReduced，SymbolXLDs，DataCodeHandle，ResultHandles，DecodedDataStrings）； return CheckHalconValue（m_halcon_errcode）； 開發(fā)基于MFC的應用的時候，只需添加一個CUserHalcon類的全局對象halcon即可調(diào)用其成員函數(shù)，實現(xiàn)讀

13、碼功能。如果需要用到HALCON C+庫中其他算子的功能，如讀一維碼，則可把相應的算子封裝在在CUserHalcon類中，以public成員函數(shù)的形式提供出來。與直接調(diào)用HALCON算子相比，減少了大量繁瑣的參輸入，提高了代碼的復用率，通過不斷將其他功能的算子封裝進該類，也能方便地用在其他程序上，這能極大地提高軟件開發(fā)的效率，體現(xiàn)出了C+作為面向?qū)ο笳Z言的優(yōu)勢5。 讀取條碼只是該設備的功能之一，最終完成的界面讀碼狀態(tài)以及顯示部分如圖2所示，讀碼的在讀碼的同事用GDI函數(shù)對讀碼位置以及范圍在軟件運行時進行了動態(tài)的標示，能更加直觀地查看設備的讀碼狀態(tài)。 4 結語 采用機器是覺得方法，設計開發(fā)的讀碼系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，激光打標機在對PCB板打標之前需利用工業(yè)相機捕捉PCB板上的MARK點以進行定位以及校準，實現(xiàn)該功能即可將學習MARK點模板，尋找MARK點模板的相關函數(shù)封裝進CUserHalcon類中，便于使用。采用這種方案通過機器視覺來定位以及讀取條碼，盡可能大的發(fā)揮了相機的作用。將打標和讀碼無縫結合起來。 參考文獻 1周德儉.SMT組裝質(zhì)量檢測中的AOI技術與系統(tǒng)J.電子工業(yè)專用設備，2002（6）：87-91. 2宿鳴明.電路板元器件的檢測與識別D.大連：大連理工大學，2005. 3MVTec Software GmbH. H