Implementarea urmăririi și trasabilității compacte de înaltă performanță

Proiectanții de sisteme de automatizare a fabricilor și de urmărire a mărfurilor au nevoie de cititoare optice de coduri de bare care pot citi tipuri de etichete cu coduri, cum ar fi cele cu imprimare termică, gravură cu laser sau matrice de puncte metalice. Decodarea etichetelor cu coduri variabile și în mișcare rapidă de pe benzile transportoare necesită cititoare cu latență redusă și procesare de înaltă rezoluție a imaginilor, care pot decoda cu precizie codurile de bare deteriorate sau murdare. Cititoarele trebuie să funcționeze în mod sigur în medii dificile, în ciuda condițiilor de iluminare nefavorabile, a orientării imprevizibile a etichetelor și a geometriei inegale a etichetelor.

Pentru a răspunde acestor nevoi, respectând în același timp constrângerile legate de costuri și timp, proiectanții de instalații industriale pot utiliza cititoare de coduri de bare din comerț, care pot fi configurate cu ușurință pentru a se potrivi unei game largi de aplicații țintă.

Acest articol discută pe scurt standardele codurilor de bare și cerințele cititoarelor, apoi prezintă cititoarele de coduri de bare bazate pe imagine de la Omron Automation and Safety, care sunt ușor de configurat pe teren și sunt susținute de diferite module de lumină colorată și filtre. Articolul discută standardele de cod acceptate, cablarea și modul de configurare a software-ului cititoarelor.

Tipuri de standarde pentru codurile de bare

Există mai multe tipuri de coduri de bare, fiecare cu caracteristici și cerințe unice. Figura 1 prezintă exemple de coduri de bare liniare (1D), simboluri liniare, matriciale (2D) și coduri de puncte suprapuse, precum și fotografii cu marcarea directă a pieselor (DPM) pe diferite materiale, cu o calitate diferită a contrastului și rezoluției.

Figura 1: Cititoarele de coduri trebuie să susțină o varietate de coduri, inclusiv coduri de bare liniare (1D), coduri de bare liniare stivuite, simboluri matriciale 2D și simboluri cu coduri punctuale (sus). DPM-urile au diferite caracteristici de contrast și rezoluție (jos). (Sursa imaginii: Omron)

Matricea 2D din partea dreaptă a Figurii 2 ilustrează structura codului QR: patru semne de referință pătrate definesc orientarea de citire a etichetei de cod, în timp ce două dungi vărgate semnalizează ceasul de citire. Mai mult de jumătate din celule conțin cuvântul de date de utilizator; restul servesc drept redundanță pentru corecția erorilor.

Figura 2: Codul QR adaugă corecția erorilor, precum și marcajele de referință și de ceas la cuvântul de date (stânga). Nivelurile reglabile de corecție a erorilor pot reconstrui între 7% și 30% din suprafața simbolului pierdut (dreapta). (Sursa imaginii: Omron)

În cazul în care simbolul codului QR este generat cu ajutorul algoritmului Reed-Solomon, corecția erorilor poate reconstrui între 7% și 30% din suprafața simbolului pierdut, în funcție de nivelul selectat (Figura 2, dreapta). Conform ISO/IEC 24778, codul Aztec, un cod matricial 2D pentru aplicații cu spațiu limitat, poate fi citit în orice orientare și specifică o corecție reglabilă a erorilor de la 5% la 95%.

Cititor de coduri de bare bazat pe imagini care integrează procesarea imaginilor

Un bun exemplu de cât de avansate și capabile au devenit cititoarele este seria compactă de cititoare de coduri de bare MicroHAWK V430-F de la Omron. Aceste cititoare pot citi în mod sigur diverse coduri de bare matriciale pe o varietate de suprafețe în mediile dificile din fabrici. Acestea utilizează algoritmi puternici de corecție a erorilor pentru a decoda simbolurile deteriorate și incomplete la viteze de până la 60 de cadre pe secundă (cps). Optica avansată combină senzorii de imagine monocromă sau color cu o rezoluție de până la 5 megapixeli (MP) și diverse opțiuni de focalizare fixă sau automată.

Cititorul de coduri de bare monocrome V430-F000L12M-SRX are o rezoluție de 1280 x 960 pixeli (1,2 MP) (Figura 3). Acesta integrează un obiectiv cu focalizare automată cu o adâncime de câmp de 1160 milimetri (mm), opt leduri roșii de iluminare și un procesor de imagine de 800 megahertzi (MHz), toate într-o capsulă care măsoară 44,5 (l) x 25,5 (Î) x 56,9 (D) mm.

Figura 3: Este prezentat cititorul de coduri de bare V430-F000L12M-SRX cu iluminare integrată (stânga) și extins cu un inel led și un modul difuzor (dreapta). (Sursa imaginii: Omron)

Cititorul V430-F are un grad de protecție IP67 și poate fi instalat și configurat cu ușurință la fața locului în zonele de producție industrială. Procesarea integrată a imaginilor captează codurile 1D, 2D și codurile matriciale cu puncte și detectează DPM-urile în condiții de contrast slab. Algoritmii săi de procesare a erorilor și a imaginilor pot decoda etichete de cod deteriorate, murdare, neclare sau distorsionate și le pot produce ca text ASCII simplu.

Unele caracteristici importante ale familiei V430-F includ:

• Susținerea standardelor de cod:
  • ISO/IEC 15415: DataMatrix (ECC200, GS1), QR Code, Micro QR
  • ISO/IEC TR 29158: DataMatrix (ECC200, GS1)
  • ISO/IEC 15416: Cod 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, Cod 39, Cod 93, Codabar
  • ISO/IEC 16022: DataMatrix (ECC200, GS1)
• Trei opțiuni de rezoluție:
  • 752 x 480 (0,3 MP) sau 1280 x 960 (1,2 MP) monocrom și 2592 x 1944 (5,0 MP) color
• Autofocalizare între 50 și 300 mm, autofocalizare între 75 și 1200 mm și focalizare fixă
• Lungime focală: unghi larg, mediu sau îngust/lung
• Ciclu de citire de 32 milisecunde (ms) la o viteză de până la 60 cps
• Alimentare de la 5 la 30 de volți, Power over Ethernet (PoE) opțional (mod B) și un consum de curent de 180 miliamperi (mA) la 24 de volți.
• Trei porturi de control de intrare/ieșire (I/O) izolate cu un optocuplor
• Comunicare prin RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP sau Profinet
• Conectarea în cascadă a până la opt cititoare
• Interfață grafică de utilizator (GUI) WebLink pentru configurare și monitorizare prin browser

Versiunea V430-F000W12M-SRP utilizează un obiectiv cu unghi larg și oferă modul Plus în firmware-ul de procesare a imaginii în locul corecției erorilor X-Mode. Modul Plus este potrivit pentru codurile cu contrast ridicat, cum ar fi etichetele, în timp ce algoritmii agresivi de poziționare a simbolurilor, de analiză și de reconstrucție ai X-Mode îl fac potrivit pentru toate etichetele, inclusiv pentru codurile cu grad scăzut de imprimare și pentru DPM. Dispozitivele din seria F430 au o funcție dublă, ceea ce înseamnă că pot funcționa simultan ca cititor de coduri de bare și ca sistem de inspecție vizuală.

Modulele adiționale îmbunătățesc contrastul

Seria F430 vine cu o varietate de opțiuni pentru a se potrivi aplicației. De exemplu, modulele adiționale ușor de instalat, cum ar fi luminile inelare (V430-AL) cu opt sau 24 de leduri roșii, albe, albastre sau IR, extind gama de contrast a cititorului de coduri de bare. În plus, filtrele de culoare și de polarizare și difuzoarele (V430-AF) reduc lumina dispersată și strălucirea de pe suprafețele lucioase (Figura 4).

Figura 4: Difuzoarele și filtrele polarizante reduc reflexiile și lumina dispersată pentru a îmbunătăți contrastul și a reduce erorile de citire. (Sursa imaginii: Omron)

Conectarea cititorului de coduri de bare

Cititorul de coduri de bare V430-F are două socluri M12 și mai multe opțiuni de conectare (Figura 5). Soclul de comunicare permite unui PC gazdă să citească datele decodate prin Ethernet/IP, TCP/IP sau Profinet, să configureze și să monitorizeze cititorul de coduri de bare și, opțional, să furnizeze energie prin PoE (modul B). Cea de-a doua fișă se conectează la un controler logic programabil (PLC) pentru controlul procesului și include o intrare de declanșare, o interfață RS-232 și trei semnale de comutare I/O. De asemenea, se utilizează și pentru a alimenta V430-F. Citirea datelor decodate, configurarea și monitorizarea cititorului de coduri de bare se pot face, de asemenea, prin intermediul terminalului RS-232 al V430-F.

Figura 5: Opțiunile de conectivitate ale cititorului de coduri de bare V430-F includ Ethernet, linii de control I/O, RS-232 și linii de alimentare. (Sursa imaginii: Omron)

Omron oferă cabluri configurate Ethernet, I/O și RS-232 pentru seria V430 (V430-W). Atunci când se instalează V430-F împreună cu componente periferice (cum ar fi un fotosenzor, o lumină led auxiliară și o sursă de alimentare), interfața 98-000103-02 oferă un punct de distribuție util cu patru căi.

Interfața de utilizare WebLink

Serverul WebLink integrat cu cititorul de coduri de bare pune la dispoziția utilizatorului o interfață grafică care este apelată prin introducerea adresei http://192.168.188.2 într-un browser. De aici, proiectantul poate controla, monitoriza, configura și citi V430-F.

Figura 6: V430-F poate fi controlat, citit și configurat prin intermediul interfeței de utilizare WebLink. (Sursa imaginii: Omron)

Fila <Start> conține informații specifice modelului pentru toate cititoarele conectate și reprezintă punctul de plecare pentru crearea profilurilor de configurare. Fila <Setup> (Configurare) afișează în partea stângă setările importante de configurare, în timp ce zona din mijloc prezintă imaginea camerei și oferă instrumente de procesare a imaginii pentru a defini zona de capturare a codului de bare. În partea dreaptă, o fereastră de ieșire afișează în permanență cuvintele de date decodate ale codului de bare, care pot fi, de asemenea, urmărite prin intermediul terminalului WebLink sau citite prin intermediul interfeței RS-232.

Configurarea parametrilor

Pentru a accelera semnificativ decodarea, proiectanții pot delimita cu precizie zona de detecție, definind tipurile de coduri așteptate și setând în mod optim algoritmii de procesare a imaginii. De asemenea, aceștia pot modifica formatul de ieșire al cuvântului de date decodificat și pot insera, schimba sau extrage caractere.

Utilizând comenzile K prin intermediul liniei de comandă a terminalului sau prin modificarea directă a valorilor din elementul de meniu WebLink <Advanced Settings> (Setări avansate), proiectanții pot configura parametrii pentru următoarele domenii funcționale: Camera Setup (Configurare cameră), Communications (Comunicații), Read Cycle (Ciclu de citire), Symbologies (Simbologii), I/O (Intrare/ieșire), Symbol Quality (Calitate simboluri), Match String (Șir potrivire), Diagnostics (Diagnosticare), Image Storage (Stocare imagini), și Configuration Database (Bază de date de configurare).

Odată ce secțiunea ferestrei de interes (WOI) este realizată în zona de vizualizare a camerei, toate zonele relevante ale etichetelor de cod, denumite regiuni de interes (ROI), sunt definite în interiorul acesteia. În baza de date de configurare pot fi configurate până la zece astfel de ROI-uri, în funcție de cod. În modul <Run> (Rulare), V430-F poate comuta între aceste seturi de parametri.

Diferiți algoritmi speciali pot îmbunătăți calitatea slabă a simbolurilor și sunt configurați prin intermediul elementul de meniu <Advanced Decoding Parameters> (Parametri de decodare avansați):

• Modul 2D Damaged (2D deteriorat) poate decoda simboluri cu alinierea distorsionată a grilei sau cu înregistrarea defectuoasă a celulelor. Figura 7 din colțul din stânga sus arată cum funcționează. Funcția poate fi activată prin intermediul comenzii seriale <K567,1> (0/1 = dezactivat/activat).
• Attempt Morphology Manipulation (Încercarea manipulării morfologiei) aplică dilatarea sau erodarea morfologică și încearcă să decodifice. Colțul din dreapta sus al Figurii 7 arată cum crește intensitatea semnalului și reduce zgomotul. Algoritmul este activat prin intermediul comenzii seriale <K568,1>.

Figura 7: Algoritmii de procesare a imaginilor, cum ar fi Damaged Mode (Mod deteriorat), Morphology (Morfologie) și Scale Up/Down (Mărire/micșorare scară), fac posibilă decodificarea chiar și a imaginilor de calitate slabă. (Sursa imaginii: Omron)

• Curved 2D (2D curbat) este conceput pentru simboluri cu date matriciale și cod QR.
  În cazul în care raportul de lungime dintre liniile roșii și verzi, prezentat în Figura 8, este mai mare de 20:1, se va activa algoritmul Curved 2D (2D curbat). Funcția este activată prin intermediul comenzii seriale <K563,1>.

Figura 8: Algoritmul de procesare a imaginilor Curved 2D (2D curbat) detectează automat etichetele de cod curbate și le rectifică înainte de decodare. (Sursa imaginii: Omron)

• Symbol Quality (Calitatea simbolurilor) va produce evaluări detaliate în grade de la A la F, în conformitate cu ISO/IEC 15416. Fiecare parametru individual poate fi activat separat utilizând comanda serială <K726, aperture, overall, edge determination, decode, contrast, minimum reflectance, minimum edge contrast, modulation, defects, decodability (K726, diafragmă, general, determinarea marginilor, decodare, contrast, reflectare minimă, contrast margine minim, modulare, defecte, capacitate de decodare) și quiet zone> (zonă fără zgomot).Comanda serială <VAL4> răspunde cu un raport text care rezumă clasificarea ISO/IEC15416 (Tabelul 1).

Tabelul 1: Comanda serială <VAL4> răspunde cu un raport text care rezumă clasificarea ISO/IEC15416. (Sursa tabelului: Omron)

Concluzie

Cititoarele de coduri de bare compacte, bazate pe imagini din seria V430-F decodifică în mod sigur o mare varietate de standarde de coduri pe diferite suprafețe și la viteze mari în mediile dificile din fabrici. După cum s-a arătat, procesarea integrată puternică a imaginilor este ușor de configurat prin intermediul unui browser, permițând proiectanților să pună în funcțiune un cititor de coduri de bare fără experiență specializată în procesarea imaginilor.