Implementering av kompakt högeffektiv spårning och spårbarhet

Konstruktörer av system för fabriksautomation och godsspårning behöver optiska streckkodsläsare som kan läsa av etiketter som kan bestå av t.ex. termotryck, lasergravyr eller punktmatriser av metall. Avkodning av snabbrörliga och varierande kodetiketter på transportband kräver läsare med låg latens och bildbehandling med hög upplösning som kan avkoda skadade eller smutsiga streckkoder på ett korrekt sätt. Läsarna måste fungera tillförlitligt i tuffa miljöer trots ogynnsamma ljusförhållanden, oförutsägbar etikettriktning och ojämn etikettgeometri.

För att hantera dessa behov och samtidigt uppfylla kostnads- och tidsbegränsningar kan konstruktörer av industrianläggningar använda streckkodsläsare direkt från lagerhyllan som enkelt kan konfigureras för att passa en mängd olika måltillämpningar.

Artikeln diskuterar kortfattat olika streckkodsstandarder och krav på läsare och presenterar därefter lämpliga bildbaserade streckkodsläsare från Omron Automation and Safety som är enkla att konfigurera på fältet och stöds av ljus- och filtermoduler med olika färger. I artikeln diskuteras kodstandarder som stöds, kabelförläggning och hur man konfigurerar läsarnas programvara.

Olika typer av streckkodsstandarder

Det finns många olika typer av streckkoder, alla med unika egenskaper och krav. Figur 1 visar exempel på linjära (endimensionella) streckkoder, staplade linjärt, matriser (tvådimensionella) och punkter, samt foton på direkt märkning av delar (DPM) på olika material, med olika kontrast- och upplösningskvalitet.

Figur 1: Kodläsare måste stödja en mängd olika koder, inklusive linjära (endimensionella) streckkoder, staplade linjära streckkoder, tvådimensionella matriser och punkter (överst). Direktmärkning av delar har olika kontrast- och upplösningsegenskaper (nederst). (Bildkälla: Omron)

Den tvådimensionella matrisen till höger i figur 2 illustrerar QR-kodens struktur: fyra kvadratiska referensmärken definierar kodetikettens läsriktning, medan två zebraränder signalerar läsklockan. Mer än hälften av cellerna innehåller användarens dataord, resten fungerar som redundans för felkorrigering.

Figur 2: QR-kod som lägger till felkorrigering samt referens- och klockmarkeringar för dataordet (vänster). Justerbara nivåer för felkorrigering som kan rekonstruera 7 till 30 % av den förlorade bildytan (höger). (Bildkälla: Omron)

Om QR-koden genereras med algoritmen Reed-Solomon kan felkorrigeringen rekonstruera 7 till 30 % av den förlorade bildytan, beroende på vilken nivå som valts (figur 2, höger). Enligt ISO/IEC 24778 kan koden Aztec, en tvådimensionell punktmatris för tillämpningar i begränsat utrymme, läsas i alla riktningar och anger en justerbar felkorrigering på 5 till 95 %.

Bildbaserad streckkodsläsare med integrerad bildbehandling

Den kompakta streckkodsläsarserien MicroHAWK V430-F från Omron är ett bra exempel på hur avancerade och kompetenta läsarna har blivit. Streckkodsläsarna kan på ett tillförlitligt sätt läsa streckkoder med olika matriser på en mängd olika ytor i krävande fabriksmiljöer. De använder kraftfulla algoritmer för felkorrigering för att avkoda skadade och ofullständiga bilder i hastigheter på upp till 60 bilder per sekund. Avancerad optik kombinerar bildsensorer för monokromt eller färg, med en upplösning på upp till 5 megapixlar (MP) och olika alternativ för fast eller automatiskt fokus.

Den monokroma streckkodsläsaren V430-F000L12M-SRX har en upplösning på 1280 x 960 pixlar (1,2 MP) (figur 3). Den har ett autofokusobjektiv med ett skärpedjup på 1160 mm, åtta röda fokuslysdioder och en bildprocessor på 800 MHz, allt i en kapsling med måtten 44,5 x 25,5 x 56,9 (BxHxD) mm.

Figur 3: Streckkodsläsaren V430-F000L12M-SRX med integrerad belysning (vänster) och utökad med en ring av lysdioder och en diffusormodul (höger). (Bildkälla: Omron)

Läsaren V430-F är klassificerad enligt IP67 och kan enkelt installeras och konfigureras på plats i industriella produktionsområden. Den inbyggda bildbehandlingen kan urskilja koder som är endimensionella, tvådimensionella samt punktmatriser och detekterar direktmärkta delar i situationer med dålig kontrast. Streckkodsläsarens algoritmer för fel- och bildbehandling kan avkoda skadade, smutsiga, suddiga eller förvrängda kodetiketter och omvandla dessa till vanlig ASCII-text.

Några viktiga egenskaper hos serien V430-F är:

• Stöd för kodstandarder:
  • ISO/IEC 15415: DataMatrix (ECC200, GS1), QR-kod, 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/ TR 16022: DataMatrix (ECC200, GS1)
• Tre olika upplösningsalternativ:
  • 752 x 480 (0,3 MP) eller 1280 x 960 (1,2 MP) monokrom, och 2592 x 1944 (5 MP) färg
• 50 till 300 mm autofokus, 75 till 1200 mm autofokus och fast fokus
• Brännvidd: vidvinkel, medel eller smal/lång
• En läscykel på 32 ms med upp till 60 bilder per sekund
• Strömförsörjning på 5 till 30 V, PoE som tillval (mode B), och en strömförbrukning på 180 mA vid 24 V
• Tre I/O-portar isolerade av en optokopplare
• Kommunikation via RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP eller Profinet
• Seriekoppling av upp till åtta läsare
• Det grafiska användargränssnittet WebLink för webbläsarbaserad konfiguration och övervakning

Versionen V430-F000W12M-SRP har ett vidvinkelobjektiv och Plus Mode i den inbyggda bildbehandlingen istället för felkorrigering med X-Mode. Plus Mode är lämpligt för koder med hög kontrast, som t.ex. etiketter, medan X-Modes strikta algoritmer för bildpositionering, analys och rekonstruktion är lämplig för alla etiketter, inklusive koder av låg kvalitet och direktmärkta delar. Enheterna i serien F430 har dubbla funktioner vilket innebär att de samtidigt kan fungera som streckkodsläsare och som system för visuell inspektion.

Tilläggsmoduler förbättrar kontrasten

Serien F430 levereras med en mängd olika alternativ för att passa tillämpningen. Till exempel kan lättinstallerade tilläggsmoduler, som t.ex. ringljus(V430-AL) med 8 eller 24 lysdioder i rött, vitt, blått eller IR utöka streckkodsläsarens kontrastomfång. Färg- och polarisationsfilter samt diffusorer(V430-AF) minskar dessutom ströljus och bländande ljus från blanka ytor (figur 4).

Bild 4: Diffusorer och polarisationsfilter minskar reflektioner och ströljus för att förbättra kontrasten och minska risken för felavläsningar. (Bildkälla: Omron)

Anslutning av streckkodsläsaren

Streckkodsläsaren V430-F har två M12-uttag och flera anslutningsmöjligheter (figur 5). Kommunikationsuttaget gör det möjligt för en värddator att läsa avkodad data via Ethernet/IP, TCP/IP eller Profinet, konfigurera och övervaka streckkodsläsaren och som tillval leverera ström via PoE (mode B). Den andra kontakten ansluts till en programmerbar logikstyrenhet (PLC) för processtyrning och innehåller en aktiveringsingång, ett gränssnitt för RS-232 och tre switchande signaler för I/O. Den används också för att strömförsörja V430-F. Avläsning av avkodad data, konfiguration och övervakning av streckkodsläsaren kan också utföras via RS-232-anslutningen i V430-F.

Figur 5: Anslutningsmöjligheterna i streckkodsläsaren V430-F omfattar Ethernet, I/O-styrningar, RS-232 och strömförsörjning. (Bildkälla: Omron)

Omron erbjuder kablage konfigurerat för Ethernet, I/O och RS-232 för serien V430(V430-W). Vid installation av V430-F tillsammans med kringkomponenter (som t.ex. en fotosensor, en extra lysdiodslampa och ett nätaggregat) skapar gränssnittet 98-000103-02 en användbar fördelningspunkt med fyra anslutningar.

Användargränssnittet WebLink

Servern för WebLink som är integrerad med streckkodsläsaren tillhandahåller ett användargränssnitt för användaren som öppnas genom att ange http://192.168.188.2 i en webbläsare. Härifrån kan konstruktörer styra, övervaka, konfigurera och läsa av V430-F.

Figur 6: V430-F kan styras, läsas av och konfigureras via användargränssnittet WebLink. (Bildkälla: Omron)

Fliken <Start> innehåller modellspecifik information för alla anslutna läsare och är utgångspunkten för att skapa konfigurationsprofiler. Fliken <Inställningar> visar viktiga konfigurationsinställningar till vänster, medan området i mitten visar kamerabilden och erbjuder bildbehandlingsverktyg för att definiera streckkodsområdet. Till höger visas ett utskriftsfönster för kontinuerligt avkodade dataord från streckkoden, som också kan spåras via anslutningen för WebLink eller läsas av via gränssnittet för RS-232.

Konfiguration av parametrar

För att skynda på avkodningen avsevärt kan konstruktörer avgränsa detekteringsområdet exakt, definiera de förväntade kodtyperna och ställa in algoritmerna för bildbehandlingen optimalt. De kan också ändra utdataformatet för det avkodade dataordet och infoga, byta ut eller extrahera tecken.

Med hjälp av K-kommandon via terminalens kommandorad eller genom att direkt ändra värden i menyn <Avancerade inställningar> för Weblink, kan konstruktörer konfigurera parametrar för följande funktionsområden: kamerainställning, kommunikation, läscykel, symboler, I/O, bildkvalitet, matchningssträng, diagnostik, bildlagring och konfigurationsdatabas.

När avsnittet för WOI (Window of Interest) har programmerats i kamerans synfält, definieras alla relevanta områden på kodetiketten, som kallas ROI (Region of Interest), innanför. Upp till tio sådana ROI kan konfigureras för respektive kod i konfigurationsdatabasen. I läget <Kör> kan V430-F växla mellan dessa parameteruppsättningar.

Olika specialalgoritmer kan förbättra dålig bildkvalitet och konfigureras via menyn <Avancerade inställningar för avkodning> :

• Skadat tvådimensionellt läge kan avkoda bilder som har förvrängd rutnätsjustering eller dålig cellregistrering. Figur 7 i det övre vänstra hörnet visar hur detta fungerar. Funktionen kan aktiveras via det seriella kommandot <K567,1> (0/1 = inaktiverad/aktiverad).
• Försök till morfologisk manipulering tillämpar morfologisk utvidgning eller nedbrytning och försöker avkoda. Det övre högra hörnet i figur 7 visar hur den ökar signalstyrkan och minskar störningarna. Algoritmen aktiveras via det seriella kommandot <K568,1>.

Figur 7: Algoritmer för bildbehandling som t.ex. Skadat läge, Morfologi och Skalning upp/ned gör det möjligt att avkoda även dålig bildkvalitet. (Bildkälla: Omron)

• Böjd 2D är avsett för Data Matrix- och QR-koder.
  Om längdförhållandet mellan de röda och gröna linjerna, som visas i figur 8, är större än 20:1, aktiveras algoritmen Böjd 2D. Funktion aktiveras via det seriella kommandot <K563,1>.

Figur 8: Bildbehandlingsalgoritmen Böjd 2D detekterar automatiskt böjda kodetiketter och rätar ut dem före avkodning. (Bildkälla: Omron)

• Bildkvalitet ger detaljerade utvärderingar med en skala från A till F enligt ISO/IEC 15416. Varje enskild parameter kan aktiveras separat med det seriella kommandot <K726, bländare, övergripande, kantbestämning, avkodning, kontrast, minsta reflektion, minsta kantkontrast, modulering, defekter, avkodbarhet och tyst zon>.Det seriella kommandot <VAL4> svarar med en textrapport som sammanfattar klassificeringen enligt ISO/IEC15416 (tabell 1).

Tabell 1: Det seriella kommandot <VAL4> svarar med en textrapport som sammanfattar klassificeringen enligt ISO/IEC15416. (Tabellkälla: Omron)

Sammanfattning

De kompakta, bildbaserade streckkodsläsarna i serien V430-F avkodar tillförlitligt en mängd olika kodstandarder på olika ytor och vid höga hastigheter i tuffa fabriksmiljöer. Den kraftfulla integrerade bildbehandlingen konfigureras enkelt via en webbläsare, vilket gör det möjligt för konstruktörer att installera en streckkodsläsare utan att inneha specialistkunskaper i bildbehandling.