Nagy teljesítményű nyomkövetés megvalósítása kis méretben

A gyárautomatizálási és az árukövető rendszerek tervezőinek olyan optikai vonalkódolvasókra van szükségük, amelyek képesek az olyan kódcímketípusok olvasására, mint a hőnyomtatott, a lézergravírozott és a fémpontmátrixos címkék. A szállítószalagokon gyorsan mozgó és változatos kódcímkék dekódolásához kis késleltetésű, nagy felbontású képfeldolgozásra alkalmas olvasókra van szükség, amelyek képesek a sérült és a szennyezett vonalkódok pontos dekódolására is. Az olvasóknak a kedvezőtlen fényviszonyok, a címkék kiszámíthatatlan tájolása és az egyenetlen címkegeometria ellenére is megbízhatóan kell működniük zord környezetben.

Ezen igények kielégítésére, és hogy tartsák a költség- és időbeli korlátokat, az ipari üzemek tervezői használhatnak készen kapható vonalkódolvasókat, amelyeket könnyű beállítani a felhasználási célterületek széles skálájához.

Ez a cikk röviden tárgyalja a vonalkódszabványokat és az olvasókkal szemben támasztott követelményeket, majd bemutatja az Omron Automation and Safety megfelelő képalapú vonalkódolvasóit, amelyeket könnyen be lehet állítani a helyszínen, és amelyek különböző színű fénnyel működhetnek, és amelyekhez különböző szűrőmodulok használhatóak. A cikk tárgyalja a támogatott kódszabványokat, a kábelezést és az olvasók szoftverének beállítását is.

A vonalkódszabványok típusai

A vonalkódoknak sok fajtája van, mindegyik egyedi jellemzőkkel és követelményekkel. Az 1. ábra példákat mutat lineáris (1D) vonalkódokra, többszintű lineáris vonalkódokra, mátrixos (2D) és pontkódos szimbólumokra, valamint a közvetlen alkatrészjelölést (DPM, direct part marking) szemléltető fényképeket különböző anyagokon, különböző kontraszttal és felbontással.

1. ábra: A kódolvasóknak többféle kódot kell ismerniük, beleértve a lineáris (1D) vonalkódokat, a többszintű (stacked) lineáris vonalkódokat, a 2D mátrixos szimbólumokat és a pontkódszimbólumokat (fent). A közvetlen alkatrészjelöléseknek különböző kontrasztja és felbontási jellemzői lehetnek (alul) (ábra: Omron)

A 2. ábra jobb oldalán látható 2D mátrix a QR-kód szerkezetét szemlélteti: a kódcímke olvasási irányát négy négyzet alakú referenciajel határozza meg, míg az olvasási órát két zebracsík jelzi. A cellák több mint fele a felhasználói adatszót tartalmazza, a többi a hibajavításhoz szükséges redundanciaként szolgál.

2. ábra: A QR-kód hibajavítást, valamint referencia- és órajeleket ad az adatszóhoz (balra). A beállítható hibajavítási szintek az elveszett szimbólumterület 7–30%-át képesek helyreállítani (jobbra) (ábra: Omron)

Ha a QR-kód szimbólumot a Reed-Solomon algoritmus segítségével állítják elő, a hibajavítás a választott szinttől függően az elveszett szimbólumterület 7–30%-át képes helyreállítani (2. ábra, jobbra). Az ISO/IEC 24778 szabvány szerint az azték kód, amely egy 2D pontmátrixkód helyszűkében lévő felhasználási területekre, bármilyen tájolásban olvasható, és 5%-tól 95%-ig állítható hibajavítást ír elő.

Képalapú vonalkódolvasó beépített képfeldolgozással

Az Omron kis méretű MicroHAWK V430-F vonalkódolvasó sorozata jó példa arra, hogy mennyire fejlettek és sokoldalúak lettek mára az olvasók. Ezek az olvasók megbízhatóan olvassák a legkülönbözőbb felületeken elhelyezett különböző mátrixos vonalkódokat kihívást jelentő gyári környezetben. Nagy teljesítményű hibajavító algoritmusok segítségével akár 60 képkocka/másodperc (f/s vagy fps, frames per second) sebességgel dekódolják a sérült és hiányos szimbólumokat. Az akár 5 megapixeles felbontású és különböző állandó fókuszú vagy autofókuszos monokróm vagy színes képérzékelőket fejlett optika kombinálja.

A V430-F000L12M-SRX monokróm vonalkódolvasó 1280 × 960 képpont (1,2 MP) felbontású (3. ábra). A 44,5 mm (sz.) × 25,5 mm (m.) × 56,9 mm (h.) mm méretű házban egy 1160 mm mélységélességű autofókuszos objektív, nyolc piros pontvilágítást adó világítódióda (LED) és egy 800 MHz-es képfeldolgozó processzor található.

3. ábra: A képen a V430-F000L12M-SRX vonalkódolvasó látható beépített világítással (balra), illetve LED-gyűrűvel és diffúzormodullal bővítve (jobbra) (kép: Omron)

A V430-F olvasó IP67-es védettségű, könnyen telepíthető és állítható be a helyszínen, ipari termelési területeken. A belső képfeldolgozója 1D, 2D és pontmátrixos kódokat ismer fel, és gyenge kontraszt esetén is érzékeli a közvetlen alkatrészjelöléseket. Hibajavító és képfeldolgozó algoritmusai képesek dekódolni a sérült, szennyezett, elmosódott és torz kódcímkéket, és egyszerű ASCII szövegként kiadni azokat.

A V430-F termékcsalád néhány fontos jellemzője:

• Támogatott kódszabványok:
  • 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)
• Három felbontási lehetőség:
  • 752 × 480 képpontos (0,3 MP) és 1280 × 960 képpontos (1,2 MP) monokróm, valamint 2592 × 1944 képpontos (5,0 MP) színes
• 50–300 mm-es autofókusz, 75–1200 mm-es autofókusz és állandó fókusz
• Gyújtótávolság: nagy látószögű, közepes vagy keskeny/hosszú
• 32 ezredmásodperces (ms) olvasási ciklus akár 60 képkocka/s sebességgel
• 5–30 V-os áramellátás, külön kérhető ethernetes áramellátás (Power over Ethernet, PoE) (B típus) és 180 mA áramfelvétel 24 V mellett.
• Három, optocsatolóval leválasztott be- és kimeneti (I/O) vezérlőport
• Kommunikáció RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP vagy Profinet segítségével
• Akár nyolc olvasó láncba kapcsolása
• WebLink grafikus felhasználói felület (GUI) a böngészőalapú beállításhoz és felügyelethez

A V430-F000W12M-SRP változat nagy látószögű objektívet használ, és az X-Mode helyett Plus Mode hibajavítási módot kínál a képfeldolgozó firmware-ben. A Plus Mode nagy kontrasztú kódokhoz, például címkékhez használható, míg az X-Mode-ot erőteljes szimbólum-helyzetmeghatározó, elemző és rekonstrukciós algoritmusai minden címkéhez alkalmassá teszik, beleértve a rossz nyomtatási minőségű kódokat és a közvetlen alkatrészjelölést is. Az F430 sorozatú készülékek kettős funkciójúak, ami azt jelenti, hogy egyszerre működnek vonalkódolvasóként és képi ellenőrző rendszerként.

A kiegészítő modulok javítják a kontrasztot

Az F430-as sorozathoz számos, a különböző felhasználási területekhez megfelelő kiegészítő kapható. A könnyen felszerelhető kiegészítő modulok, például a nyolc vagy 24 piros, fehér, kék vagy infravörös világítódiódával ellátott lámpagyűrűk (V430-AL) megnövelik a vonalkódolvasó kontraszttartományát. Ezenkívül a szín- és polarizációs szűrők és diffúzorok (V430-AF) csökkentik a fényes felületekről visszavert szórt fényt és a tükröződést (4. ábra).

4. ábra: A diffúzorok és a polarizációs szűrők a kontraszt javítása és a leolvasási hibák csökkentése érdekében csökkentik a tükröződést és a szórt fényt (kép: Omron)

A vonalkódolvasó csatlakoztatása

A V430-F vonalkódolvasón két M12-es aljzat és számos csatlakozási lehetőség található (5. ábra). A kommunikációs aljzat lehetővé teszi, hogy a gazdaszámítógép Ethernet/IP, TCP/IP vagy Profinet hálózaton keresztül olvassa a dekódolt adatokat, beállítsa és figyelje a vonalkódolvasót, és (külön rendelhető) ethernetes áramellátással (B típus) táplálja a vonalkódolvasót. A másik csatlakozó egy programozható logikai vezérlőegységhez (PLC) csatlakozik folyamatvezérlés céljából, és tartalmaz egy indítóbemenetet, az RS-232 csatlakozáshoz szükséges érintkezőket és három be- és kimeneti (I/O) kapcsolójel-érintkezőt. Ez a csatlakozó szolgáltatja a V430-F áramellátását is. A dekódolt adatok leolvasása, a vonalkódolvasó beállítása és felügyelete a V430-F RS-232-es csatlakozóján keresztül is elvégezhető.

5. ábra: A V430-F vonalkódolvasó csatlakoztatási lehetőségei közé tartozik az Ethernet, a be- és kimeneti (I/O) vezérlővonalak, az RS-232 és az áramellátás (ábra: Omron)

Az Omron a V430 sorozathoz (V430-W) kész Ethernet-, be- és kimeneti és RS-232 kábeleket kínál. Ha a V430-F típust perifériás tartozékokkal (például fényérzékelővel, kiegészítő LED-lámpával és tápegységgel) együtt telepíti, a 98-000103-02 csatlakozó hasznos négyirányú elosztási pontként szolgál.

A WebLink felhasználói felület

A vonalkódolvasóba beépített WebLink-kiszolgáló grafikus felhasználói felületet kínál a felhasználó számára, amely a http://192.168.188.2 címet a böngészőbe beírva hívható elő. Ezen keresztül a tervező vezérelheti, figyelheti, beállíthatja és kiolvashatja a V430-F-et.

6. ábra: A V430-F a WebLink felhasználói felületen keresztül vezérelhető, olvasható ki és állítható be (kép: Omron)

A <Start> (Indulás) lap tartalmazza az összes csatlakoztatott olvasó típusspecifikus adatait, és ez a beállítási profilok létrehozásának kiindulópontja. A <Setup> (Beállítás) lap bal oldalán a fontos beállítások láthatóak, míg a középső területén a kamera képe, és képfeldolgozó eszközöket kínál a vonalkód-érzékelési terület meghatározásához. A jobb oldalon egy kimeneti ablakban folyamatosan megjelennek a dekódolt vonalkód adatszavai, amelyek a WebLink terminálon keresztül is nyomon követhetők, vagy kiolvashatók az RS-232 csatlakozón keresztül.

A paraméterek beállítása

A dekódolás jelentős felgyorsítása érdekében a tervezők pontosan körülhatárolhatják az érzékelési területet, meghatározhatják a várt kódtípusokat, és optimálisan állíthatják be a képfeldolgozó algoritmusokat. Módosíthatják a dekódolt adatszó kimeneti formátumát is, és karaktereket illeszthetnek be, cserélhetnek ki vagy távolíthatnak el.

A tervezők a terminál parancssori felületén K parancsok használatával, illetve a WebLink <Advanced Settings> (Speciális beállítások) menüpontjában látható érték közvetlen megváltoztatásával beállíthatják a következő funkcionális területek paramétereit: Camera Setup, Communications, Read Cycle, Symbologies, I/O, Symbol Quality, Match String, Diagnostics, Image Storage és Configuration Database (A kamera beállításai, Kommunikáció, Olvasási ciklus, Szimbólumrendszer, Be- és kimenet, Szimbólumminőség, Egyező karakterláncok, Diagnosztika, Képtárolás és Beállítási adatbázis).

Miután a kamera látóterében elkészült az érdeklődésre számot tartó terület ablakának (WOI, window of interest) szelvénye, azon belül kell meghatározni a lényeges kódcímketerületeket érdeklődésre számot tartó területekként (ROI, region of interest). A beállítási adatbázisban legfeljebb tíz ilyen érdeklődésre számot tartó terület állítható be kódspecifikusan. <Run> (Futtatás) üzemmódban a V430-F képes váltani ezek között paraméterkészletek között.

A rossz szimbólumminőséget különböző speciális algoritmusokkal lehet javítani, ezt a <Advanced Decoding Parameters> (Fejlett dekódolási paraméterek) menüpontban állíthatja be:

• A 2D Damaged Mode (Sérült 2D üzemmód) képes dekódolni a torzított rácsigazítású vagy rossz cellaregisztrációjú szimbólumokat. A 7. ábra bal felső részén látható, hogyan működik. A funkciót a <K567,1> soros paranccsal lehet engedélyezni (0/1 = letiltva/engedélyezve).
• Az Attempt Morphology Manipulation (Kísérlet a morfológia módosítására) morfológiai méretnövelést vagy a hibák eltávolítását használva próbálja meg dekódolni a címkét. A 7. ábra jobb felső részén látható, hogy ez az algoritmus hogyan növeli a jelerősséget és csökkenti a zajt. Az algoritmus a <K568,1> soros paranccsal engedélyezhető.

7. ábra: Az olyan képfeldolgozó algoritmusok, mint a Damaged Mode, a Morphology és a Scale Up/Down lehetővé teszik a rossz minőségű képek dekódolását is (ábra: Omron)

• A Curved 2D (Görbült 2D) adatmátrixokhoz és QR kódos szimbólumokhoz készült.
  Ha a 8. ábrán látható piros és zöld vonalak hosszának aránya több mint 20:1, akkor bekapcsol a Curved 2D algoritmus. Az algoritmust a <K563,1> soros paranccsal lehet engedélyezni.

8. ábra: A Curved 2D képfeldolgozó algoritmus automatikusan felismeri a görbült kódcímkéket, és dekódolás előtt kiegyenesíti azokat (ábra: Omron)

• A Symbol Quality (Szimbólumminőség) az ISO/IEC 15416 szabványnak megfelelően részletes értékelést ad ki A-tól F-ig (az Amerikai Egyesült Államok iskolarendszerében az F legrosszabb (1-es), az A a legjobb (5-ös) osztályzat) terjedő osztályzatokkal. Minden egyes paraméter külön-külön engedélyezhető a <K726, aperture, overall, edge determination, decode, contrast, minimum reflectance, minimum edge contrast, modulation, defects, decodability és quiet zone> (<K726, rekesznyílás, általános, élmeghatározás, dekódolás, kontraszt, minimális fényvisszaverő képesség, minimális élkontraszt, moduláció, hibák, dekódolhatóság és csendes zóna>) soros paranccsal.A <VAL4> soros parancs egy szöveges jelentést küld válaszul, amely összefoglalja az ISO/IEC 15416 szerinti besorolásokat (osztályzatokat) (1. táblázat).

1. táblázat: A <VAL4> soros parancs egy szöveges jelentést küld válaszul, amely összefoglalja az ISO/IEC 15416 szerinti besorolásokat (osztályzatokat) (táblázat: Omron)

Összegzés

A kis méretű, képalapú V430-F sorozatú vonalkódolvasók megbízhatóan dekódolják a legkülönbözőbb kódszabványokat különböző felületeken, nagy sebességgel a kihívást jelentő gyári környezetben. Mint látható, a nagy teljesítményű beépített képfeldolgozás könnyen beállítható egy böngészőn keresztül, így a tervezők speciális képfeldolgozási tapasztalat nélkül is beüzemelhetik a vonalkódolvasót.