关键要点
- DPM 可读性取决于对比度，而对比度取决于照明。在更换相机或镜头之前，先调整您的照明方法和角度。
- 增量读取率的改进可以带来变革。将一次通过读数提高几个百分点可以显著减少废品、返工和成本。
- 条形码验证是一个重要因素；它有助于确定代码是否可以在各种设备上读取。跳过验证会带来不必要的风险。
为什么基于激光的扫描仪无法读取DPM？
您的标签读取器无法读取DPM，因为它搜索的是不存在的颜色对比。黑白标签对比度高。例如，激光蚀刻的数据矩阵代码没有对比度；标记和背景是相同的颜色。剩下的就是表面对比度：蚀刻单元的物理几何形状与光滑的背景相比，散射光的方式不同。如果您的读码器的照明几何结构没有利用这种散射效应，相机就会看到一个均匀的灰色矩形，并报告“未读取”。
只有基于图像的条形码扫描仪和机器视觉系统才能读取DPM。
这项挑战很早就引起了业界的关注。早在2007年，控制工程就报道说，直接零件标记方法在符号的“标记”元素和背景之间产生“很少或没有对比度”，并且创建了一个新的全球准则，以“填补现有打印质量标准与直接标记环境之间的感知差距”。二十年后，这一差距仍然是工厂车间大多数DPM读取失败的根本原因。
解决方案始于照明几何。DPM读取需要以一定角度照亮零件，将表面地形转换成解码器可以处理的高对比度图像。
暗场照明最适合点刻标记、激光烧蚀代码或任何凸起的表面拓扑结构。
漫射圆顶照明适用于高反射、弯曲或纹理表面。
照明技术及其对DPM读取效果的影响
| 照明技术 | 工作原理 | 最适合 |
|---|---|---|
| 暗场照明 | 低角度光线掠过表面。凸起的特征（点状凸起、激光脊）将光线散射到相机中，显得明亮。光滑的背景反射光线，看起来很暗。 | 点针标记、激光烧蚀代码、任何凸起的表面拓扑 |
| 明场照明 | 同轴光直射到零件上。粗糙、散射光的标记区域看起来很暗。抛光的镜面背景将光线直接反射回相机，显得非常明亮。 | 在抛光或机械加工的金属上激光蚀刻的代码，标记比基材颜色更深 |
| 漫射圆顶照明 | 光线在涂有高反射哑光表面的半球形穹顶内反射，然后从各个方向同时照射到零件上。这消除了硬阴影并减弱了镜面反射。 | 高反射、弯曲或纹理表面，单向照明会产生热点或覆盖不均 |
| 结构光 | 将已知图案（网格、条纹或点）投影到零件上。该图案的失真揭示了3D地形，使系统能够独立于表面颜色映射点刻压痕或激光雕刻深度。 | 在珠光处理、铸造或均匀散射表面上的低对比度标记；纯反射无法满足的应用 |
| 多角度/多镜头照明 | 系统快速连续捕获多张图像，每张图像在不同的照明段下（例如，北、南、东、西暗场和中心亮场）。软件将这些合成一张无眩光的图像，或者尝试对每张图像单独解码。 | 反射率不可预测、表面光洁度混合或无法固定最佳照明方向的零件——常见于复杂的汽车和医疗部件 |
| 偏振照明 | 光源上的偏振滤光片使光波对齐，相机上的交叉偏振滤光片则阻挡从光亮表面镜面反射的光波。只有标记本身散射的光才能到达传感器。 | 在高度抛光的镜面金属上进行激光标记，否则直接眩光会饱和整个图像 |
一种标记方法比其他方法更容易阅读吗？
没有一种直接零件标记方法比其他方法更容易阅读。在铸铁上进行浅层点刻标记会产生不规则、低对比度的凹陷，这些凹陷会融入自然粗糙的表面纹理中。在不锈钢上进行优化不良的激光标记会产生微裂纹和几乎察觉不到的颜色变化，这些变化在错误的光照角度下会消失。这两种情况都会产生无法读取的代码。
ETO Magnetic，一家每年生产数百万个零件的汽车供应商，发现他们在生产过程中，点刻的DPMs遭受了热和机械变形。刀具磨损导致压痕深度和角度出现差异。工艺规划师 Klaus Schwanz 表示：“当上一代代码阅读器尝试读取这些点针代码时，多达 4% 的零件被判定为代码无法读取。” “这个比率对我们来说显然太高了。在我们的制造过程中，带有无法读取的代码的产品被视为不合格品。”
ETO Magnetic 的突破来自于从整体上解决阅读难题。他们最初的解决方案试图以读取标签代码相同的方式读取点刻DPM，但标记方法的反射使其无效。新的康耐视解决方案包括 In-Sight 视觉系统、集成照明 和平面白色照明，使点刻标记易于识别。
借助康耐视解决方案，ETO 几乎消除了无法读取代码的情况，实现了端到端的可追溯性，并检测和处理了材料故障。
虽然所有直接零件标记方法都可以生成可读的代码，但单一的照明配置和视觉系统无法可靠地读取每种类型的DPM。
专家见解：阅读DPM时，有哪些没人考虑的照明因素？
高级应用工程师 Daniel Lapidus，“一位客户正在组装不同的零件，每个零件都使用不同的标记方法生产了 DPM。一个使用低角度点喷砂来创建DPM，另一个使用高角度点喷砂，第三个使用激光蚀刻。
组装工没有机会一致地读取所有三个代码，其中一个的照明配置对另外两个不起作用。上游制造商不得不重新调整生产线，以采用相同的标记方法。
由于正常磨损导致代码无法识别，或者照明和读取技术不匹配，导致无法读取DPM，可能会导致整个操作停止。”
当DPM不阅读时，会付出什么代价？
在高速运转中，几秒钟的时间就可能产生巨大的连锁反应，导致生产停顿。如果一条生产线每天生产1,800个零件，读取失败率仅为3%，就需要对54个零件进行人工干预。这意味着一名全职操作员将把全部工作量投入到返工中。
每次未读事件可能只会使生产线停止几秒钟，但这些秒数会累积。起亚汽车在将生产线改为六速变速生产线时，清楚地看到了这一点。他们以前的条形码阅读器由于代码读取失败，经常导致制造设备停止运行。手动操作无法匹配制造周期，操作员在读取错误代码时可能会安装错误的零件。
专家见解：什么因素会慢慢降低DPM可读性，却没人监控？
高级应用工程师 Daniel Lapidus，“另一家客户在零件载体系统中重复使用带有 DPM 的板。随着时间的推移，DPM的可读性迅速下降，最终从99%的读取率下降到80%，因此每五个代码中就有一个无法读取。该公司不得不将承运系统从生产线上撤下，并将其送至维修部门进行返工。
客户尝试升级他们的代码阅读解决方案，但没有成功，而不是对代码进行分级并验证它们是否可读。
这两种情况最终都花费了大量资金，导致了大量停机时间，不得不升级和重新改造他们的系统。
拥有代码验证系统非常重要，知道您的代码可读性很强。”
条形码验证根据国际标准对代码质量进行分级，以确保它们可以在供应链中的任何地方被读取。
验证：确保可读性和合规性
阅读解码数据。验证根据客观标准对物理标记进行评分。这些是根本不同的过程，混淆它们会带来风险，这种风险会贯穿零件的整个生命周期。
当你阅读 DPM 时，你需要回答一个问题：“我的系统现在可以提取数据吗？” 条形码验证回答两个问题
- “这段代码是否符合不同的法规和标准？”
- “供应链中的任何合规扫描仪都能可靠地读取这个标记吗？”
ISO/IEC 29158于 2020 年发布，是为应对这一挑战而专门制定的国际标准。它基于基于标签的代码的国际标准，但考虑了反射表面上的自适应对比度测量、用于不均匀背景的修改二值化以及用于评估点刻等表面轮廓标记的倾斜照明。
验证-确保可读性原则不仅仅适用于制造业。在受监管的行业中，不可读或低质量的代码会造成“可追溯性差距”，使召回、质量审核和监管提交变得复杂。验证标记的等级为 B 或更高，表示在各种设备和条件下都能可靠扫描。未经验证的标记——即使您的读者今天解码了——也无法提供这样的保证。
如何在弯曲、抛光或加工表面上读取DPM？
曲面会造成不均匀的照明和焦平面失真。抛光表面会产生镜面反射，使传感器饱和。机械加工表面会引入背景纹理——铣削痕迹、磨削图案、刀具路径——解码器必须将这些与代码元素区分开来。
克服这些挑战的解决方案包括：
- 照明几何 解决表面曲率和反射率。计算成像从不同光照方向捕捉多张图像并将其合成，有效地消除了单角度设置中会致盲的镜面热点。
- 人工智能驱动的解码算法 处理低对比度和背景噪声。传统的解码器应用全局阈值将图像转换为二进制：亮度高于某个值的像素变为白色；低于该值的像素变为黑色。在加工过的表面上，这种方法会失败，因为背景纹理会产生跨越阈值的像素值。基于人工智能的算法学会将代码结构与表面噪声分离。
- 图像形成技术和HDR+ 消除了闪亮或有纹理的金属对标准相机造成的曝光权衡。HDR+ 保留了最亮和最暗区域的图像细节，因此视觉系统处理的是清晰、均匀照明的图像。
固定安装、协作机器人安装或手持式：哪种 DPM 读码器架构适合您的生产线？
该决定取决于三个变量：吞吐速度、零件可变性和访问限制。
固定式读码器 提供最高的吞吐量和可重复性。在已知位置以受控照明集成到生产线中，当零件呈现一致时，它们的首次读取率超过99%。它们在大批量生产中表现出色，每个零件都以相同的方位到达。对于需要以太网连接和直接 PLC 通信的可追溯性程序，固定式 条形码读取器 采用工业协议，消除了中间件。
安装在协作机器人上的读取器 为高混合、低产量生产提供了灵活性。当零件的尺寸、形状或代码位置不同时，协作机器人会动态定位读取器。这种架构可以处理复杂的几何形状——例如，具有多个面上的代码的发动机块——但会增加循环时间。每次重新定位都会增加几秒钟。
手持式读码器 服务于返工站、质量审核以及零件太大无法移动的应用。在起亚汽车的实施中，手持式读取器作为离线验证和返工的备用系统。对于管理入库检验或现场服务验证的质量团队，手持式条形码扫描器 以便携式外形提供相同的解码算法。
| 部署架构 | 最佳应用 | 权衡 |
|---|---|---|
| 固定安装 | 大批量、一致的零件展示 | 最不灵活；需要与代码保持一致的视线 |
| 安装在协作机器人上的 | 高混合度、几何形状可变的零件 | 更长的周期时间；更高的集成复杂性 |
| 手持式 | 返工、审计、大型/固定部件 | 操作员依赖型；不适合内联速度 |
固定式读码器在大批量生产中表现出色。
手持式读卡器可携带，适用于离线站点。
您的DPM代码是否符合行业法规？
遵守 DPM 法规需要了解适用于您所在行业的标记标准和验证标准。汽车制造商遵循汽车工业行动集团（AIAG）的指导方针。航空航天供应商遵守 SAE AS 9132 和 MIL-STD 130。医疗器械制造商必须遵守FDA唯一设备标识符（UDI）的要求。每个框架都要求可追溯性，但对标识的耐久性、可读性和验证的具体要求有所不同。
了解这些法规以及如何在标记技术、基材和供应链交接过程中保持合规性至关重要。直接零件标记及其质量对于跟踪和追溯工作以及遵守政府和行业法规至关重要。