Compacte traceerbaarheid met hoge prestaties implementeren

Ontwerpers van fabrieksautomatisering en goederenvolgsystemen hebben optische barcodelezers nodig die typen etiketten met codes kunnen lezen, zoals thermische afdrukken, lasergravures of metalen dotmatrix. Voor het decoderen van snel bewegende en variërende code-etiketten op transportbanden zijn lezers nodig met een lage latentie en beeldverwerking met hoge resolutie die beschadigde of vuile barcodes nauwkeurig kunnen decoderen. De lezers moeten betrouwbaar presteren in ruwe omgevingen ondanks ongunstige lichtomstandigheden, onvoorspelbare labeloriëntatie en ongelijke labelgeometrie.

Om aan deze behoeften te voldoen en tegelijkertijd aan de kosten- en tijdsbeperkingen te voldoen, kunnen ontwerpers van industriële installaties kant-en-klare barcodelezers gebruiken die eenvoudig kunnen worden geconfigureerd voor een groot aantal doeltoepassingen.

In dit artikel wordt kort ingegaan op barcodestandaarden en leesvereisten voordat geschikte, op afbeeldingen gebaseerde barcodelezers van Omron Automation and Safety worden geïntroduceerd die eenvoudig in het veld kunnen worden geconfigureerd en worden ondersteund door verschillende gekleurde licht- en filtermodules. Het artikel bespreekt ondersteunde codenormen, bekabeling en hoe de software van de lezers te configureren.

Soorten barcodestandaarden

Er zijn vele soorten barcodes, elk met unieke eigenschappen en vereisten. Afbeelding 1 toont voorbeelden van lineaire (1D) barcodes, gestapelde lineaire, matrix (2D) en dotcodesymbolen, evenals foto's van direct part marking (DPM) op verschillende materialen met verschillende contrast- en resolutiekwaliteit.

Afbeelding 1: Codelezers moeten verschillende codes ondersteunen, waaronder lineaire (1D) barcodes, gestapelde lineaire barcodes, 2D-matrixsymbolen en puntcodesymbolen (boven). DPM's hebben verschillende contrast- en resolutiekenmerken (onder). (Bron afbeelding: Omron)

De 2D-matrix rechts in Afbeelding 2 illustreert de structuur van de QR-code: vier vierkante referentiemarkeringen definiëren de leesoriëntatie van het code label, terwijl twee zebrastrepen de leesklok aangeven. Meer dan de helft van de cellen bevat het gebruikersdatawoord; de rest dient als redundantie voor foutcorrectie.

Afbeelding 2: De QR-code voegt foutcorrectie en referentie- en klokmarkeringen toe aan het datawoord (links). Instelbare foutcorrectieniveaus kunnen 7% tot 30% van het verloren symboolgebied reconstrueren (rechts). (Bron afbeelding: Omron)

Als het QR-codesymbool is gegenereerd met het Reed-Solomon-algoritme, kan de foutcorrectie 7% tot 30% van het verloren symboolgebied reconstrueren, afhankelijk van het gekozen niveau (Afbeelding 2, rechts). Volgens ISO/IEC 24778 kan de Aztec-code, een 2D-dotmatrixcode voor toepassingen met beperkte ruimte, in elke oriëntatie worden gelezen en wordt een instelbare foutcorrectie van 5% tot 95% gespecificeerd.

Op beeld gebaseerde barcodelezer met geïntegreerde beeldverwerking

Een goed voorbeeld van hoe geavanceerd en capabel lezers zijn geworden, is de compacte MicroHAWK V430-F-serie barcodelezers van Omron. Deze lezers kunnen betrouwbaar diverse matrixbarcodes lezen op diverse oppervlakken in veeleisende fabrieksomgevingen. Ze gebruiken krachtige algoritmen voor foutcorrectie om beschadigde en onvolledige symbolen te decoderen met snelheden tot 60 frames per seconde (fps). Geavanceerde optiek combineert monochrome of kleuren beeldsensoren met een resolutie tot 5 megapixel (MP) en verschillende opties voor vaste of autofocus.

De V430-F000L12M-SRX monochrome barcodelezer heeft een resolutie van 1280 x 960 pixels (1,2 MP) (afbeelding 3). Het bevat een autofocus lens met 1160 millimeter (mm) scherptediepte, acht rode spotlight LED's en een 800 megahertz (MHz) beeldprocessor, allemaal in een pakket van 44,5 (B) x 25,5 (H) x 56,9 (D) mm.

Afbeelding 3: Afgebeeld is de V430-F000L12M-SRX-barcodelezer met geïntegreerde verlichting (links) en uitgebreid met een LED-ring en een diffusormodule (rechts). (Bron afbeelding: Omron)

De V430-F-lezer heeft een IP67-classificatie en kan eenvoudig op locatie worden geïnstalleerd en geconfigureerd in industriële productieomgevingen. De ingebouwde beeldverwerking registreert 1D-, 2D- en matrixcodes en detecteert DPM's in omstandigheden met weinig contrast. De algoritmen voor fout- en beeldverwerking kunnen beschadigde, vuile, wazige of vervormde code-etiketten decoderen en uitvoeren als gewone ASCII-tekst.

Enkele belangrijke kenmerken van de V430-F-familie zijn:

• Ondersteuning van codestandaarden:
  • ISO/IEC 15415: DataMatrix (ECC200, GS1), QR Code, Micro QR
  • ISO/IEC TR 29158: DataMatrix (ECC200, GS1)
  • ISO/IEC 15416: Code 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, Code 39, Code 93, Codabar
  • ISO/IEC 16022: DataMatrix (ECC200, GS1)
• Drie resolutieopties:
  • 752 x 480 (0,3 MP) of 1280 x 960 (1,2 MP) monochroom en 2592 x 1944 (5,0 MP) kleur
• 50 tot 300 mm autofocus, 75 tot 1200 mm autofocus en vaste focus
• Brandpuntsafstand: groothoek, medium of smal/lang
• Leescyclus van 32 milliseconden (ms) bij maximaal 60 fps
• Voeding van 5 tot 30 volt, optionele Power over Ethernet (PoE) (modus B) en een stroomverbruik van 180 milliampère (mA) @ 24 volt
• Drie input/output (I/O) controlepoorten geïsoleerd door een optocoupler
• Communicatie via RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP of Profinet
• Daisy-chaining van maximaal acht lezers
• WebLink grafische gebruikersinterface (GUI) voor browsergebaseerde configuratie en bewaking

De V430-F000W12M-SRP-versie gebruikt een groothoeklens en biedt Plus Mode in de beeldverwerkingsfirmware in plaats van X-Mode-foutcorrectie. De Plus Mode is geschikt voor codes met een hoog contrast, zoals labels, terwijl de agressieve symboolpositionering, analyse en reconstructiealgoritmen van X-Mode deze modus geschikt maken voor alle labels, inclusief codes met een lage afdrukwaarde en DPM. De apparaten uit de F430-serie hebben een dubbele functie, wat betekent dat ze tegelijkertijd kunnen werken als barcodelezer en als vision inspectiesysteem.

Add-on modules verbeteren contrast

De F430-serie wordt geleverd met verschillende opties die passen bij de toepassing. Eenvoudig te installeren uitbreidingsmodules zoals ringlichten (V430-AL) met acht of 24 LED's in rood, wit, blauw of IR vergroten bijvoorbeeld de contrastomvang van de barcodelezer. Daarnaast verminderen kleur- en polarisatiefilters en diffusors (V430-AF) strooilicht en schittering van glanzende oppervlakken (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: Diffusors en polarisatiefilters verminderen reflecties en strooilicht om het contrast te verbeteren en leesfouten te verminderen. (Bron afbeelding: Omron)

De barcodelezer aansluiten

De V430-F-barcodelezer heeft twee M12-aansluitingen en verschillende aansluitmogelijkheden (Afbeelding 5). Via de communicatieaansluiting kan een host-pc de gedecodeerde gegevens lezen via Ethernet/IP, TCP/IP of Profinet, de barcodelezer configureren en bewaken, en optioneel stroom leveren via PoE (modus B). De tweede plug wordt aangesloten op een programmeerbare logische controller (PLC) voor procesbesturing en bevat een triggeringang, een RS-232-interface en drie I/O-schakelsignalen. Hij wordt ook gebruikt om de V430-F van stroom te voorzien. Uitlezen van de gedecodeerde gegevens, configuratie en bewaking van de barcodelezer kan ook via de RS-232-terminal van de V430-F.

Afbeelding 5: De verbindingsopties van de V430-F-barcodelezer omvatten Ethernet, I/O-besturingslijnen, RS-232 en voedingslijnen. (Bron afbeelding: Omron)

Omron biedt geconfigureerde Ethernet-, I/O- en RS-232-kabels voor de V430-serie (V430-W). Wanneer je de V430-F installeert in combinatie met randapparatuur (zoals een fotosensor, een extra LED-lampje en een voeding), biedt de 98-000103-02-interface een handig vierweg distributiepunt.

De gebruikersinterface van WebLink

De WebLink-server die in de barcodelezer is geïntegreerd, biedt de gebruiker een GUI die wordt opgeroepen door http://192.168.188.2 in een browser in te voeren. Van hieruit kan de ontwerper de V430-F besturen, bewaken, configureren en uitlezen.

Afbeelding 6: De V430-F kan worden bestuurd, uitgelezen en geconfigureerd via de WebLink-gebruikersinterface. (Bron afbeelding: Omron)

Het tabblad <Start> bevat modelspecifieke informatie voor alle aangesloten lezers en is het startpunt voor het aanmaken van configuratieprofielen. Het tabblad <Setup> toont links belangrijke configuratie-instellingen, terwijl het middelste gebied het camerabeeld toont en beeldbewerkingstools biedt om het vastleggebied van de streepjescode te definiëren. Rechts toont een uitvoervenster continu gedecodeerde barcodegegevenswoorden, die ook gevolgd kunnen worden via de WebLink-terminal of uitgelezen via de RS-232-interface.

Parameters configureren

Om het decoderen aanzienlijk te versnellen, kunnen ontwerpers het detectiegebied nauwkeurig afbakenen, de verwachte codetypen definiëren en de beeldverwerkingsalgoritmen optimaal instellen. Ze kunnen ook het uitvoerformaat van het gedecodeerde datawoord wijzigen en tekens invoegen, verwisselen of verwijderen.

Met behulp van K-commando's via de opdrachtregel van de terminal of door direct waarden te wijzigen in het WebLink-menu-item <Advanced Settings> kunnen ontwerpers parameters configureren voor de volgende functionele gebieden: Camera-instellingen, Communicatie, Leescyclus, Symbolen, I/O, Symboolkwaliteit, Overeenkomende string, Diagnostieken, Beeldopslag, en Configuratiedatabase.

Zodra het interessegebied (window of interest, WOI) in het kijkgebied van de camera is gemaakt, worden alle relevante code-labelgebieden, aangeduid als interessegebied (region of interest, ROI), daarbinnen gedefinieerd. Tot tien van zulke ROI's kunnen codespecifiek geconfigureerd worden in de configuratiedatabase. In modus <Run> kan de V430-F schakelen tussen deze parametersets.

Verschillende speciale algoritmen kunnen de slechte symboolkwaliteit verbeteren en worden geconfigureerd via de menuoptie <Advanced Decoding Parameters>:

• De 2D beschadigde modus kan symbolen decoderen met een vervormde rasteruitlijning of slechte celregistratie. Afbeelding 7 linksboven laat zien hoe het werkt. De functie kan worden ingeschakeld via het seriële commando <K567,1> (0/1 = uitgeschakeld/ingeschakeld).
• Poging tot morfologiemanipulatie past morfologieverwijding of -erosie toe en probeert te decoderen. De rechterbovenhoek van Afbeelding 7 laat zien hoe dit de signaalsterkte verhoogt en ruis vermindert. Het algoritme wordt ingeschakeld via het seriële commando .

Afbeelding 7: Beeldverwerkingsalgoritmen zoals Beschadigde modus, Morfologie en Schaal omhoog/omlaag maken het mogelijk om zelfs slechte beeldkwaliteit te decoderen. (Bron afbeelding: Omron)

• Gebogen 2D is ontworpen voor Data Matrix en QR-codesymbolen.
  Als de lengteverhouding tussen de rode en groene lijnen, getoond in Afbeelding 8, groter is dan 20:1, wordt het 2D-algoritme met kromming geactiveerd. De functie wordt ingeschakeld via het seriële commando .

Afbeelding 8: Het algoritme voor gebogen 2D-beeldverwerking detecteert automatisch gebogen code-etiketten en corrigeert ze voor het decoderen. (Bron afbeelding: Omron)

• Symboolkwaliteit voert gedetailleerde evaluaties uit in klassen van A tot F volgens ISO/IEC 15416. Elke afzonderlijke parameter kan afzonderlijk worden ingeschakeld met de seriële opdracht <K726, opening, algemeen, randbepaling, decoderen, contrast, minimale reflectie, minimaal randcontrast, modulatie, defecten, decoderbaarheid en stille zone>. Het seriële commando antwoordt met een tekstrapport dat de sortering van ISO/IEC15416 samenvat (Tabel 1).

Tabel 1: Het seriële commando antwoordt met een tekstrapport dat de sortering van ISO/IEC15416 samenvat. (Bron tabel: Omron)

Conclusie

De compacte, beeldgebaseerde barcodelezers uit de V430-F-serie decoderen betrouwbaar een grote verscheidenheid aan codestandaarden op verschillende oppervlakken en met hoge snelheden in veeleisende fabrieksomgevingen. Zoals te zien is, is de krachtige geïntegreerde beeldverwerking eenvoudig te configureren via een browser, zodat ontwerpers een barcodelezer aan de praat kunnen krijgen zonder gespecialiseerde ervaring met beeldverwerking.