Системы технического зрения – практические задачи

Идея наносить разные символы на поверхности предметов, в камне или на бумаге, а затем на упаковке в виде знаков пришла к нам из далеких времен. Сегодня маркировка необходима, чтобы проследить жизненный цикл изделия, автоматизировать процесс учёта и контроля, обеспечить высокую степень защиты изделий от подделки. Коллектив экспертов, который разрабатывает Дорожную карту развития фотоники, уделяет особое внимание системам технического зрения, производимым организациями страны.

Теперь маркировка продукции коснулась и радиоэлектронного производства. Современные реалии сформировали высокую долю некачественных подделок, которыми наполнился рынок. Сегодня, когда рушится принцип глобального разделения труда, меняются производственные цепочки, создаются новые системы и комплексы оборонного характера, маркировка продукции стала критически важным инструментом прослеживаемости товарооборота с момента её производства или ввоза на территорию Российской Федерации до реализации конечному потребителю. Маркировка позволяет не только собирать статистическую информацию о продукте радиоэлектронного производства, но и обеспечить доверие к нему у покупателей.

Разработанный инструмент маркировки должен обеспечить сбор и анализ актуальной статистической информации и повысить эффективность противодействия незаконному обороту промышленной продукции радиоэлектроники. Эксперимент по внедрению маркировки новых видов промышленных изделий прошёл в три этапа и продолжен до конца лета 2026 года следующим четвёртым этапом.

Результаты III этапа эксперимента по маркировке радиоэлектроники (1 июля 2024 – 31 августа 2025) показали, какие технические возможности имеются для нанесения средств идентификации (кодов Data Matrix) на печатные схемы, как участники взаимодействуют с информационной системой маркировки («Честный знак»), какой состав сведений о товаре позволяет однозначно его идентифицировать и как выстроить электронный документооборот при поставках таких схем. При этом на время проведения эксперимента всем его участникам коды выдавались на бесплатной основе. Но с момента введения обязательной маркировки планировалось включить в действие коммерческую модель: с 1 марта 2026 года участники оборота должны были зарегистрироваться в системе «Честный знак»; с 1 мая 2026 года началась обязательная маркировка для производителей и импортеров, хотя до 30 ноября 2026 года разрешена продажа остатков, не имеющих маркировки (существует проект постановления о продлении этого разрешения до 28 февраля 2027 года).

И оптико-электронные системы играют важную роль в реализации маркировки радиоэлектронной продукции как на входе в эту систему в виде лазерных маркеров, так и на выходе из неё в виде систем технического зрения. Лазерные системы – это один из наиболее перспективных инструментов, обеспечивающих выполнение широкого круга технологических операций, в том числе и маркировки. Лазерные маркеры – это не просто печатные машины. Российская компания «Лазерный центр» – один из лидеров российского электронного машиностроения. Производимые ими станки-маркеры получили признание благодаря высокой скорости нанесения штрихов на любые поверхности электронной продукции. Скорость перемещения пятна нагрева в поле обработки в системах маркировки достигает нескольких десятков метров в секунду. Возможности современных процессов лазерной обработки определяются не скоростью как таковой, а управлением энергией и ускорением лазерного пучка при движении по заданной траектории. В большинстве лазерных маркеров используются волоконные лазеры, работающие на длине волны 1,06 мкм.

Современные лазеры с ультракороткими импульсами позволяют реализовать нелинейные и неравновесные процессы нагрева и преобразования вещества при его взаимодействии с излучением и, соответственно, легко обрабатывать материалы с низким коэффициентом поглощения излучения на длине волны 1,06 мкм.

В лазерной технике при нанесении маркировки на материалы важно найти оптимальное соотношение между длительностью переднего фронта (нарастания) импульса и заднего фронта (хвоста). Это определяет, как именно энергия передаётся материалу. Форма лазерного импульса (Pulse Shaping) – это ключевой параметр в современных лазерных технологиях микрообработки и, соответственно, нанесения маркировки. Если подать всю энергию слишком быстро, произойдет микровзрыв, который выбросит капли жидкого металла, оставив рваные края и поры. Если подать энергию слишком медленно, тепло уйдет вглубь детали, вызвав коробление, окисление и появление зоны термического влияния. Управление временным профилем энергии лазерного луча позволяет программировать термические процессы в зоне воздействия, предотвращая появление трещин из-за резких внутренних напряжений и повышая скорость нанесения маркировочных штрихов. Например, импульс в форме «акулий плавник» или импульс с пиком применяется при нанесении штрихов на материалы с высоким оптическим отражением (медь или золото), а импульс в форме обратного «акульего плавника» или треугольник с обрывом критически важен при работе с деликатными материалами (пластик, кремниевые платы).

Другая проблема из сферы маркировки связана с областью технического зрения, когда в ходе серийного производства нужно автоматически интерпретировать визуальную информацию, нанесенную на поверхность продукции, и сопоставить считываемые данные с установленными. Разработкой алгоритмов точного сопоставления данных занимается, например, компания ЦКБ «Дейтон». Многие погрешности появляются при формировании изображения маркировочного кода, когда оно, пройдя через оптический объектив, поступает на фотоприёмное устройство, которое преобразует его в цифровую информацию. Для этого используются камеры с разными типами сенсоров (CMOS, CCD). Компания «Электрон» занимается разработкой и изготовлением крупногабаритного матричного чувствительного прибора с переносом заряда «Квадро» (4 096×4 096 пикселов размером 11×11 мкм). В разработке у АО «НПП «Пульсар» – матричный фоточувствительный прибор с переносом заряда ФПП3 26М (1 000×1 000 и 7,4×7,4) и матричный фоточувствительный прибор КМОП‑1280 (1 280×1 024, 5,3×5,3).

Но надо учесть, что все объективы вносят в изображение нелинейные искажения, вызванные аберрациями. К тому же динамический диапазон камер ограничен. И если существуют отработанные временем алгоритмы исправления аберраций, то при считывании маркировочного кода еще необходимо выполнить фильтрацию шумов, откалибровать камеру под уровень освещенности поверхности объекта, его отражательной способности. Короче, без искусственного интеллекта создать адаптивные системы считывания QR-кодов невозможно. Поэтому для идентификации маркировочных кодов необходима совместная слаженная работа машинного зрения и искусственного интеллекта. Вместе они создают основу компьютерного зрения.

Результаты работ лаборатории будут доложены на секции № 12.2 «Технологии оптоэлектроники и фотоники» форума «Микроэлектроника 2026». Также планируется проведение круглого стола «Системы технического зрения: от компонентов до искусственного интеллекта». Если вас интересуют технические детали проведённых исследований и практические аспекты внедрения разработанных решений, приглашаем принять участие в обсуждении. Будем рады видеть коллег и партнёров, готовых к диалогу и совместной работе над новыми вызовами в области маркировки и идентификации радиоэлектронной продукции. Ждём вас на Форуме!