Implementering av kompakt sporing og sporbarhet med høy ytelse

Konstruktører av fabrikkautomasjons- og varesporingssystemer trenger optiske strekkodelesere som kan lese kodeetikettyper som termoutskrift, lasergravering eller metallpunktmatrise. Dekoding av raskt bevegelige og varierende kodeetiketter på transportbånd krever lesere med høyoppløselig bildebehandling og lav latenstid (forsinkelse), som nøyaktig kan dekode skadede eller skitne strekkoder. Leserne må fungere pålitelig i tøffe omgivelser til tross for ugunstige lysforhold, uforutsigbar etikettorientering og ujevn etikettgeometri.

For å imøtekomme disse behovene og samtidig oppfylle kostnads- og tidsbegrensninger, kan industrielle anleggsutviklere bruke standard strekkodelesere som er lett konfigurerbare og derfor egnet for et bredt utvalg av målbruksområder.

Denne artikkelen tar kort for seg strekkodestandarder og krav til lesere, og introduserer deretter egnede bildebaserte strekkodelesere fra Omron Automation and Safety som enkelt kan konfigureres ute i felten og støttes av forskjellige fargelys- og filtermoduler. Artikkelen omhandler støttede kodestandarder, kabling og hvordan leserens programvare kan konfigureres.

Ulike typer strekkodestandarder

Det finnes mange typer strekkoder, der hver av disse har unike funksjoner og krav. Figur 1 viser eksempler på lineære (1D) strekkoder, stablede lineære strekkoder, matrise- (2D) og punktkodesymboler (dot-code symbols), samt bilder av direkte delemerking (DPM – direct part marking) på forskjellige materialer med forskjellig kontrast- og oppløsningskvalitet.

Figur 1: Kodelesere må støtte en rekke koder, som omfatter lineære (1D) strekkoder, stablede lineære strekkoder, 2D-matrisesymboler og punktkodesymboler (øverst). DPM-moduler har forskjellige kontrast- og oppløsningsegenskaper (nederst). (Bildekilde: Omron)

2D-matrisen til høyre i Figur 2 illustrerer strukturen til QR-koden: Fire firkantede referansemerker definerer leseorienteringen til kodeetiketten, mens to sebrastriper signaliserer leseklokken. Mer enn halvparten av cellene inneholder brukerdataordet. Resten fungerer som redundans for feilretting.

Figur 2: QR-koden legger til feilretting samt referanse- og klokkemerker til dataordet (venstre). Justerbare feilrettingsnivåer kan rekonstruere 7–30 % av det tapte symbolområdet (høyre). (Bildekilde: Omron)

Hvis QR-kodesymbolet genereres ved å bruke Reed-Solomon-algoritmen, kan feilrettingen rekonstruere 7–30 % av det tapte symbolområdet, avhengig av det valgte nivået (figur 2, høyre). I henhold til ISO/IEC 24778 kan Aztec-koden, en 2D-punktmatrisekode for plassbegrensede konstruksjoner, leses i alle retninger, og den angir en justerbar feilretting på 5–95 %.

Bildebasert strekkodeleser som integrerer bildebehandling

Et godt eksempel på hvor avanserte og kapable lesere har blitt, er Omrons kompakte MicroHAWK V430-F-serie med strekkodelesere. Disse leserne kan på en pålitelig måte lese forskjellige matrisestrekkoder på en rekke overflater i utfordrende fabrikkmiljøer. De bruker kraftige feilrettingsalgoritmer til å dekode skadede og ufullstendige symboler med hastigheter på opptil 60 bilder i sekundet (fps – frames per second). Avansert optikk kombinerer monokrome eller fargede bildesensorer med oppløsning på opptil 5 megapiksler (MP) og ulike alternativer for fast fokus eller autofokus.

Den monokrome V430-F000L12M-SRX-strekkodeleseren har en oppløsning på 1280 x 960 piksler (1,2 MP) (figur 3). Den integrerer et autofokusobjektiv med en dybdeskarphet på 1160 millimeter (mm), åtte røde spotlight-lysdioder og en bildeprosessor på 800 megahertz (MHz) – alt dette i en kapsling som måler 44,5 (B) x 25,5 (H) x 56,9 (D) mm.

Figur 3: Her vises V430-F000L12M-SRX-strekkodeleseren med integrert belysning (venstre) og utvidet med en lysdiodering og en diffusormodul (høyre). (Bildekilde: Omron)

V430-F-leseren er IP67-klassifisert og kan enkelt installeres og konfigureres på brukerstedet i industrielle produksjonsområder. Innebygd bildebehandling fanger opp 1D-, 2D- og punktmatrise-koder, og detekterer DPM-er under forhold med dårlig kontrast. Feil- og bildebehandlingsalgoritmene kan dekode skadede, skitne, uskarpe eller forvrengte kodeetiketter og legge dem ut som ren ASCII-tekst.

Noen viktige funksjoner i V430-F-serien omfatter:

• Støtte for 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 oppløsningsalternativer:
  • 752 x 480 (0,3 MP) eller 1280 x 960 (1,2 MP) monokrom, og 2592 x 1944 (5,0 MP) farge
• 50 til 300 mm autofokus, 75 til 1200 mm autofokus og fast fokus
• Brennvidde: vidvinkel, middels eller smal/lang
• Lesesyklus på 32 millisekunder (ms) ved opptil 60 b/s (fps)
• Strømforsyning på 5 til 30 volt, valgfri strøm over Ethernet (PoE – Power over Ethernet) (modus B) og et strømforbruk på 180 milliampere (mA) ved 24 volt
• Tre inngangs-/utgangsstyringsporter (I/O-styringsporter) isolert av en optokobler
• Kommunikasjon via RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP eller Profinet
• Kjedekobling med opptil åtte lesere
• WebLink grafisk brukergrensesnitt (GUI) for nettleserbasert konfigurasjon og overvåking

V430-F000W12M-SRP-versjonen bruker et vidvinkelobjektiv og tilbyr Pluss-modus (Plus Mode) i bildebehandlingsfastvaren i stedet for X-modus (X Mode) med feilretting. Pluss-modus er egnet for koder med høy kontrast, for eksempel etiketter, mens X-modusens aggressive algoritmer for symbolposisjonering, analyse og rekonstruksjon gjør den egnet for alle etiketter, inkludert koder som har lav utskriftskvalitet og DPM. Enhetene i F430-serien har to funksjoner, noe som betyr at de kan fungere samtidig som både en strekkodeleser og som et visuelt inspeksjonssystem.

Tilleggsmoduler forbedrer kontrasten

F430-serien leveres med en rekke alternativer som passer til det aktuelle bruksområdet. For eksempel kan tilleggsmoduler som er enkle å installere, for eksempel ringlys (V430-AL) med 8 eller 24 lysdioder i rødt, hvitt, blått eller IR, utvide kontrastområdet til strekkodeleseren. I tillegg reduserer farge- og polarisasjonsfiltre og diffusorer (V430-AF) strølys og blendende refleksjoner fra blanke overflater (figur 4).

Figur 4: Diffusorer og polarisasjonsfiltre reduserer refleksjoner og strølys for å forbedre kontrasten og redusere lesefeil. (Bildekilde: Omron)

Koble til strekkodeleseren

V430-F-strekkodeleseren har to M12-uttak og flere tilkoblingsalternativer (figur 5). Kommunikasjonskontakten gjør det mulig for en vertsdatamaskin å lese de dekodede dataene via Ethernet/IP, TCP/IP eller Profinet, konfigurere og overvåke strekkodeleseren og, hvis nødvendig, forsyne strøm via PoE (modus B). Den andre pluggen kobles til en programmerbar logisk styring (PLS) for prosesstyring, og inkluderer en utløserinngang, et RS-232-grensesnitt og tre I/O-svitsjesignaler. Den brukes også til å forsyne strøm til V430-F. Avlesning av dekodede data, konfigurasjon og overvåking av strekkodeleseren kan også gjøres via RS-232-terminalen til V430-F.

Figur 5: Tilkoblingsalternativene for V430-F-strekkodeleseren omfatter Ethernet, I/O-styringslinjer, RS-232 og strømforsyningslinjer. (Bildekilde: Omron)

Omron tilbyr konfigurerte Ethernet-, I/O- og RS-232-kabler for V430-serien (V430-W). Når V430-F installeres sammen med eksterne komponenter (for eksempel en fotosensor, et ekstra lysdiodelys og en strømforsyning), gir 98-000103-02-grensesnittet et nyttig fireveis distribusjonspunkt.

WebLink-brukergrensesnittet

WebLink-serveren som er integrert med strekkodeleseren, gir brukeren et grafisk brukergrensesnitt som kan fås tilgang til ved å skrive inn http://192.168.188.2 i en nettleser. Herfra kan konstruktøren styre, overvåke, konfigurere og lese av V430-F.

Figur 6: V430-F kan styres, leses av og konfigureres via WebLink-brukergrensesnittet. (Bildekilde: Omron)

<Start>-fanen inneholder modellspesifikk informasjon for alle tilkoblede lesere og er startpunktet for opprettelse av konfigurasjonsprofiler. <Setup>-fanen viser viktige konfigurasjonsinnstillinger til venstre, mens det midtre området viser kamerabildet og tilbyr bildebehandlingsverktøy for å definere strekkodeområdet. Til høyre viser et utgangsvindu kontinuerlig dekodede strekkodedataord, som også kan spores via WebLink-terminalen eller leses av via RS-232-grensesnittet.

Konfigurere parametere

For å akselerere dekodingen betydelig, kan konstruktører nøyaktig avgrense deteksjonsområdet, definere de forventede kodetypene og optimalisere bildebehandlingsalgoritmene. De kan også endre utdataformatet til det dekodede dataordet og innsette, bytte eller uttrekke tegn.

Ved å bruke K-kommandoer via terminalens kommandolinje eller ved å endre verdiene direkte i WebLink-menyelementet <Advanced Settings>, kan teknikeren konfigurere parametere for følgende funksjonsområder: Kameraoppsett, kommunikasjon, lesesyklus, symbolikker, I/O, symbolkvalitet, samsvaringsstreng, diagnostikk, bildelagring ogkonfigurasjonsdatabase.

Når WOI-seksjonen (WOI – Window of Interest – interessevinduet) har blitt laget i kameraets visningsområde, defineres alle relevante kodeetikettområder, som er referert til som ROI (region of interest – interesseområde). Opptil ti slike ROI-er kan konfigureres kodespesifikt i konfigurasjonsdatabasen. I <Run>-modus kan V430-F veksle mellom disse parametersettene.

Ulike spesialalgoritmer kan forbedre dårlig symbolkvalitet og konfigureres via menyelementet <Advanced Decoding Parameters>:

• 2D skadet-modus kan dekode symboler med forvrengt rutenettjustering eller dårlig celleregistrering. Figur 7 øverst til venstre viser hvordan dette fungerer. Funksjonen kan aktiveres via seriellkommando <K567,1> (0/1 = deaktivert/aktivert).
• Forsøk på morfologi-manipulering bruker morfologi-dilatasjon eller -erosjon og forsøk på å dekode. Øverste til høyre i figur 7 viser hvordan dette øker signalstyrken og reduserer støy. Algoritmen aktiveres via seriellkommando <K568,1>.

Figur 7: Bildebehandlingsalgoritmer som skadet-modus, morfologi og opp-/nedskalering gjør det mulig å dekode selv dårlig bildekvalitet. (Bildekilde: Omron)

• Buet 2D er utviklet for datamatrise- og QR-kodesymboler.
  Hvis lengdeforholdet mellom de røde og grønne linjene, vist på figur 8, er større enn 20:1, vil den buede 2D-algoritmen aktiveres. Funksjonen aktiveres via seriellkommando <K563,1>.

Figur 8: Den buede 2D-bildebehandlingsalgoritmen detekterer automatisk buede kodeetiketter og korrigerer dem før dekoding. (Bildekilde: Omron)

• Symbolkvalitet vil gi detaljerte evalueringer i grader fra A til F i henhold til ISO/IEC 15416. Hver enkelt parameter kan aktiveres separat ved å bruke seriellkommandoen <K726, apertur, generell, kantdeterminasjon, dekode, kontrast, minimum refleksjonsfaktor, minimum kantkontrast, modulasjon, defekter, dekodingsevne og stillesone>. Seriekommandoen <VAL4> responderer med en tekstrapport som oppsummerer graderingen av ISO/IEC15416 (tabell 1).

Tabell 1: Seriekommandoen <VAL4> responderer med en tekstrapport som oppsummerer graderingen av ISO/IEC15416. (Tabellkilde: Omron)

Konklusjon

De kompakte, bildebaserte strekkodeleserne i V430-F-serien dekoder et bredt utvalg av kodestandarder på forskjellige overflater og ved høye hastigheter i utfordrende fabrikkmiljøer. Som vist, kan den kraftige integrerte bildebehandlingen enkelt konfigureres via en nettleser, slik at konstruktører kan få en strekkodeleser i gang uten spesialisert bildebehandlingserfaring.