Implementering af kompakt sporing og sporbarhed med høj ydeevne

Designere af fabriksautomatiserings- og varesporingssystemer har brug for optiske stregkodelæsere, der kan læse kodetyper såsom termoprint, lasergravering eller metal punkt-matrix. Afkodning af hurtigt bevægende og varierende kodeetiketter på transportbånd kræver læsere med lav latenstid og billedbehandling i høj opløsning, der nøjagtigt kan afkode beskadigede eller snavsede stregkoder. Læserne skal fungere pålideligt i barske miljøer på trods af ugunstige lysforhold, uforudsigelig etiketretning og ujævn etiketgeometri.

For at imødekomme disse behov og samtidig overholde tids- og omkostningsbegrænsninger kan designere af industrianlæg bruge standard stregkodelæsere, der er hyldevarer og nemt kan konfigureres til at passe til en lang række målapplikationer.

Denne artikel diskuterer kort stregkodestandarder og krav til læsere, inden den introducerer egnede billedbaserede stregkodelæsere fra Omron Automation and Safety, som er nemme at konfigurere i marken og understøttes af forskellige farvede lys- og filtermoduler. Artiklen diskuterer understøttede kodestandarder, kabling, og hvordan man konfigurerer læsernes software.

Typer af stregkodestandarder

Der findes mange typer stregkoder, som hver især har unikke egenskaber og krav. Figur 1 viser eksempler på lineære (1D) stregkoder, stablede lineære, matrix (2D) og dot-kodesymboler samt fotos af direkte mærkning af deler (direct part marking/DPM) på forskellige materialer med forskellig kontrast og opløsningskvalitet.

Figur 1: Kodelæsere skal understøtte en række forskellige koder, herunder lineære (1D) stregkoder, stablede lineære stregkoder, 2D-matrixsymboler og dot-kodesymboler (øverst). DPM'er har forskellige kontrast- og opløsningsegenskaber (nederst). (Billedkilde: Omron)

2D-matrixen til højre i figur 2 illustrerer QR-kodens struktur: fire firkantede referencemærker definerer kodeetikettens læseorientering, mens to zebrastriber signalerer aflæsnings-timeren. Mere end halvdelen af cellerne indeholder brugerdataordet; resten fungerer som redundans til fejlkorrektion.

Figur 2: QR-koden tilføjer fejlkorrektion samt reference- og timing-mærker til dataordet (venstre). Justerbare fejlkorrektionsniveauer kan rekonstruere 7 % til 30 % af det tabte symbolområde (højre). (Billedkilde: Omron)

Hvis QR-kodesymbolet genereres ved hjælp af Reed-Solomon-algoritmen, kan fejlkorrektionen rekonstruere 7 % til 30 % af det tabte symbolområde, afhængigt af det valgte niveau (figur 2, højre). I henhold til ISO/IEC 24778 kan Aztec-koden, en 2D-punkt-matrixkode til applikationer, hvor pladsen er begrænset, læses i enhver orientering og specificerer en justerbar fejlkorrektion på 5 % til 95 %.

Billedbaseret stregkodelæser med integreret billedbehandling

Et godt eksempel på, hvor avancerede og effektive læsere er blevet, er Omrons kompakte MicroHAWK V430-F-serie af stregkodelæsere. Disse læsere kan pålideligt læse forskellige matrix-stregkoder på en række forskellige overflader i udfordrende fabriksmiljøer. De bruger stærke fejlkorrektionsalgoritmer til at afkode beskadigede og ufuldstændige symboler med hastigheder på op til 60 billeder pr. sekund (frames per second/fps). Avanceret optik kombinerer monokrome eller farvebillede-sensorer med en opløsning på op til 5 megapixels (MP) og forskellige alternativer for fast eller autofokus.

Monokrome stregkodelæseren, V430-F000L12M-SRX, har en opløsning på 1280 x 960-pixels (1,2 MP) (figur 3). Den integrerer en autofokuslinse med 1160 mm dybdeskarphed, otte røde LED-spotlys og en 800 megahertz (MHz) billedprocessor, alt sammen i en pakke, der måler 44,5 (B) x 25,5 (H) x 56,9 (D) mm.

Figur 3: Her ses stregkodelæseren V430-F000L12M-SRX med integreret belysning (venstre) og forstørret med en LED-ring og et diffusormodul (højre). (Billedkilde: Omron)

V430-F-læseren er IP67-klassificeret og kan nemt installeres og konfigureres på stedet i industrielle produktionsområder. Indbygget billedbehandling opfanger 1D-, 2D- og punkt-matrixkoder og registrerer DPM'er under dårlige kontrastforhold. Dens fejl- og billedbehandlingsalgoritmer kan afkode beskadigede, beskidte, slørede eller forvrængede kodeetiketter og udsende dem som almindelig ASCII-tekst.

Nogle af V430-F-familiens vigtige egenskaber inkluderer:

• understøttelse af kodestandarder:
  • ISO/IEC 15415: DataMatrix (ECC200, GS1), QR-kode, Micro QR
  • ISO/IEC TR 29158: DataMatrix (ECC200, GS1)
  • ISO/IEC 15416: Kode 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, Kode 39, Kode 93, Codabar
  • ISO/IEC 16022: DataMatrix (ECC200, GS1)
• Tre opløsningsalternativer:
  • 752 x 480 (0,3 MP) eller 1280 x 960 (1,2 MP) monokrom og 2592 x 1944 (5,0 MP) farver
• 50 til 300 mm autofokus, 75 til 1200 mm autofokus og fast fokus
• Brændvidde: vidvinkel, medium eller smal/lang
• Læsecyklus på 32 millisekunder (ms) ved op til 60 fps
• Strømforsyning på 5 til 30 volt, valgfri ’Power over Ethernet’ (PoE) - overførsel af elektrisk energi over ethernet-kabel - (mode B) og et strømforbrug på 180 milliampere (mA) ved 24 volt.
• Tre indgang/udgang (input/output - I/O) styreporte isoleret vha. en optokobler
• Kommunikation via RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP eller Profinet
• Sammenkædning af op til otte læsere
• WebLink grafisk brugergrænseflade (GUI) til browserbaseret konfiguration og overvågning

V430-F000W12M-SRP versionen anvender et vidvinkelobjektiv og tilbyder Plus Mode (plus-tilstand) i dens billedbehandlingsfirmware i stedet for X-Mode (X-tilstand) fejlkorrektion. Plus Mode er velegnet til koder med høj kontrast, f.eks. etiketter, mens X-Modes aggressive algoritmer til symbolplacering, analyse og rekonstruktion gør den velegnet til alle etiketter, herunder lave print-kvalitetskoder og DPM. Enhederne i F430-serien har dobbeltfunktion, hvilket betyder, at de kan fungere både som stregkodelæser og som vision-inspektionssystem.

Tilføjelsesmoduler forbedrer kontrasten

F430-serien leveres med en række alternativer, der passer til anvendelsen. For eksempel er det nemt at installere tillægsmoduler, såsom ringlys (V430-AL) med otte eller 24 LED’er i rød, hvid, blå eller IR, der udvider stregkodelæserens kontrastområde. Herudover reducerer farve- og polariseringsfiltre og diffusorer (V430-AF) spildlys og blænding fra blanke overflader (figur 4).

Figur 4: Diffusorer og polariseringsfiltre reducerer refleksioner og spildlys for at forbedre kontrasten og reducere aflæsningsfejl. (Billedkilde: Omron)

Tilslutning af stregkodelæseren

Stregkodelæseren V430-F har to M12-stik og flere tilslutningsalternativer (figur 5). Kommunikationsstikket gør det muligt for en værts-pc at aflæse de afkodede data via Ethernet/IP, TCP/IP eller Profinet, konfigurere og overvåge stregkodelæseren og eventuelt strømføde via PoE (mode B). Det andet stik tilsluttes en programmerbar logik-controller (PLC) til processtyring og inkluderer en triggerindgang, en RS-232-grænseflade og tre I/O-skiftesignaler. Den bruges også til at strømføde V430-F. Læsning af de afkodede data, konfiguration og overvågning af stregkodelæseren kan også ske via V430-F's RS-232-terminal.

Figur 5: V430-F-stregkodelæserens konnektivitetsalternativer inkluderer Ethernet, I/O-styringslinjer, RS-232 og strømforsyningslinjer. (Billedkilde: Omron)

Omron tilbyder konfigureret ethernet-, I/O- og RS-232-kabler til V430-serien (V430-W). Når V430-F installeres sammen med perifere komponenter (såsom en fotosensor, et supplerende LED-lys og en strømforsyning), giver 98-000103-02-grænsefladen et nyttigt firevejsdistributionspunkt.

WebLink-brugergrænsefladen

WebLink-serveren, der er integreret i stregkodelæseren, giver brugeren en grafisk brugergrænseflade (Graphical User Interface/GUI), der åbnes ved at indtaste http://192.168.188.2 i en browser. Herfra kan designeren styre, overvåge, konfigurere og udlæse V430-F.

Figur 6: V430-F kan styres, udlæses og konfigureres via WebLink-brugergrænsefladen. (Billedkilde: Omron)

<Start>-fanen indeholder modelspecifikke oplysninger for alle tilsluttede læsere og er udgangspunktet for oprettelse af konfigurationsprofiler. <Setup> (opsætnings)-fanen viser vigtige konfigurationsindstillinger til venstre, mens det midterste område viser kamerabilledet og tilbyder billedbehandlingsværktøjer til at definere området, hvor stregkoder opfanges. Til højre viser et outputvindue løbende afkodede stregkodedataord, som også kan spores via WebLink-terminalen eller udlæses via RS-232-grænsefladen.

Konfigurering af parametre

For at fremskynde afkodningen betydeligt kan designere præcist afgrænse detekteringsområdet, definere de forventede kodetyper og indstille billedbehandlingsalgoritmerne optimalt. De kan også ændre outputformatet for det afkodede dataord og indsætte, udskifte eller udtrække tegn.

Ved hjælp af K-kommandoer indtastet via terminalens kommandolinje eller ved direkte at ændre på værdier i WebLink-menupunktet <Advanced Settings> (avancerede opsætninger) kan designere konfigurere parametre for følgende funktionsområder: Camera Setup (kameraopsætning), Communications (kommunikationer), Read Cycle (læsecyklus), Symbologies (symbologier), I/O, Symbol Quality (symbolkvalitet), Match String (matchstreng), Diagnostics (diagnostik), Image Storage (billedlagring) og Configuration Database (konfigurationsdatabase).

Når først Window of Interest (WOI) (interesseområde)-sektionen er defineret i kameraets visningsområde, defineres alle relevante kode-etiketteområder, benævnt interesseregion (Region of Interest/ROI), indeni. Op til ti sådanne ROI'er kan konfigureres kodespecifikt i konfigurationsdatabasen. I tilstanden <Run> (kørsel) kan V430-F skifte mellem disse parametersæt.

Forskellige specialalgoritmer kan forbedre dårlig symbolkvalitet og konfigureres via menupunktet <Advanced Decoding Parameters> (avancerede afkodningsparametre):

• 2D Damaged Mode (2D-beskadiget tilstand) kan afkode symboler med forvrænget gitterjustering eller dårlig celleregistrering. Figur 7 i øverste venstre hjørne viser, hvordan det fungerer. Funktionen kan aktiveres vha. serielle kommandoen <K567,1> (0/1 = deaktiveret/aktiveret).
• Attempt Morphology Manipulation (forsøg på morfologibearbejdning) anvender morfologisk dilatation eller erosion og afkodningsforsøg. Det øverste højre hjørne af figur 7 viser, hvordan det øger signalstyrken og reducerer støjen. Algoritmen aktiveres via serielle kommandoen <K568,1>.

Figur 7: billedbehandlingsalgoritmer som Damaged Mode (beskadiget tilstand), Morphology (morfologi) og Scale Up/Down (op-/nedskalering) gør det muligt at afkode selv dårligt billedkvalitet. (Billedkilde: Omron)

• Curved 2D (buet 2D) er designet til Data Matrix- og QR-kodesymboler.
  Hvis længdeforholdet mellem de røde og grønne streger, vist i figur 8, er større end 20:1, aktiveres algoritmen Curved 2D. Funktionaliteten aktiveres via seriel kommando <K563,1>.

Figur 8: Algoritmen til billedbehandling af buede 2D-billeder registrerer buede kodeetiketter automatisk og retter dem op inden afkodning. (Billedkilde: Omron)

• Symbol Quality (symbolkvalitet) udsender detaljerede evalueringer i karakterer fra A til F i henhold til ISO/IEC 15416. Hver enkelt parameter kan aktiveres separat ved hjælp af serielle kommandoen <K726, aperture (blændeåbning), overall (generelt), edge determination (kantbestemmelse), decode (afkode), contrast (kontrast), minimum reflectance (minimumsreflektans), minimum edge contrast (minimums-kantkontrast), modulation, defects (defekter), decodability (afkodbarhed), og quiet zone (stillezone>).Seriel kommando <VAL4> svarer til en tekstrapport, der opsummerer ISO/IEC15416-klassificeringen (Tabel 1).

Tabel 1: seriel kommando <VAL4> svarer til en tekstrapport, der opsummerer ISO/IEC15416-klassificeringen. (Kilde til tabel: Omron)

Konklusion

De kompakte, billedbaserede stregkodelæsere i V430-F-serien afkoder pålideligt en lang række kodestandarder på forskellige overflader og ved høje hastigheder i udfordrende fabriksmiljøer. Som vist er den stærke integreret billedbehandling let at konfigurere via en browser, så designere kan få en stregkodelæser op at køre uden specialiseret erfaring med billedbehandling.