Pro čtení rychle se pohybujících a měnících se kódových štítků na dopravníkovém páse je nutné zvolit čtečku s nízkou latencí a se zpracováním obrazu s vysokým rozlišením. Jen tak lze dosáhnout spolehlivého čtení poškozených nebo špinavých čárových a QR kódů. Čtečky navíc musí spolehlivě fungovat i v drsném prostředí navzdory nepříznivým světelným podmínkám, nepředvídatelné orientaci a tvaru štítků. Tento článek stručně pojednává o standardech čárových a QR kódů a představí čtečky z portfolia Omron Automation and Safety, které se snadno konfigurují přímo v terénu. Tyto čtečky mají integrované různé filtry a je u nich možnost výběru barvy světelného paprsku.

Typy standardů čárových kódů

Existuje mnoho typů čárových kódů, z nichž každý má jedinečné vlastnosti a požadavky. Na obrázku 1 jsou příklady lineárních (1D) čárových kódů, skládaných lineárních, maticových (2D), tečkovaných symbolů. Na obrázku jsou také fotografie značení dílů na různých materiálech s různou kvalitou kontrastu a rozlišení.

Obrázek 1: Čtečky kódů musí podporovat různé standardy čárových kódů jako jsou lineární (1D) a skládané lineární čárové kódy, 2D maticové symboly nebo tečkové symboly. DPM (Direct part marks) – fotografie štítků na různých materiálech s různou kvalitou kontrastu a rozlišení. (Zdroj obrázku: Omron)

2D matice vpravo na obrázku 2 znázorňuje strukturu QR kódu: čtyři čtvercové referenční značky definují orientaci čtení kódového štítku, zatímco dva pruhy jsou tzv. read clock. Více než polovina buněk obsahuje uživatelská data a zbytek slouží jako redundance pro opravu chyb.

Obrázek 2: QR kód obsahuje redundanci pro opravu chyb, referenční značky, read clock a data (vlevo). Nastavitelné úrovně opravy chyb mohou rekonstruovat 7 % až 30 % oblasti ztracených symbolů (vpravo). (Zdroj obrázku: Omron)

Pokud je symbol QR kódu generován pomocí Reed-Solomonova algoritmu, oprava chyb může rekonstruovat 7 % až 30 % oblasti ztraceného symbolu, v závislosti na zvolené úrovni (obrázek 2, vpravo). Podle ISO/IEC 24778 lze Aztécký kód, 2D bodový maticový kód pro aplikace s omezeným prostorem, číst v libovolné orientaci a specifikuje nastavitelnou korekci chyb od 5 % do 95 %.

Čtečka čárových kódů s integrovaným zpracováním obrazu

Kompaktní řada čteček čárových kódů MicroHAWK V430-F od Omronu jsou schopny spolehlivě číst různé maticové čárové kódy na různých površích v náročných továrních prostředích. Čtečky používají výkonné algoritmy pro opravu chyb k dekódování poškozených a neúplných symbolů rychlostí až 60 snímků za sekundu. Pokročilá optika kombinuje monochromatické nebo barevné obrazové snímače s rozlišením až 5 megapixelů a pevné nebo automatické zaostřování.

Černobílá čtečka čárových kódů V430-F000L12M-SRX má rozlišení 1280 x 960 pixelů (1,2 MP) (obrázek 3). Obsahuje čočku s automatickým ostřením s hloubkou ostrosti 1160 mm, osm červených reflektorů LED a obrazový procesor 800 MHz, to vše v pouzdře o rozměrech 44,5 x 25,5 x 56,9 mm.

Obrázek 3: Čtečka čárových kódů V430-F000L12M-SRX s integrovaným osvětlením (vlevo) a rozšířená o kroužek LED a difuzor (vpravo). (Zdroj obrázku: Omron)

Čtečka V430-F má krytí IP67 a lze ji snadno nainstalovat a nakonfigurovat přímo na místě. Integrované zpracování obrazu je schopno rozlišit 1D, 2D i tečkové kódy i ve špatných kontrastních podmínkách. Algoritmy pro zpracování chyb a rekonstrukci obrazu dokážou dekódovat poškozené, špinavé, rozmazané nebo zdeformované kódové štítky a vytisknout je jako prostý ASCII text.

Důležité vlastnosti rodiny V430-F:

• ISO/IEC 15415: DataMatrix (ECC200, GS1), QR kód, Micro QR
• ISO/IEC TR 29158: DataMatrix (ECC200, GS1)
• ISO/IEC 15416: Coe 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, Code 39, Code 93, Codabar
• ISO/IEC 16022: DataMatrix (ECC200, GS1)
• Tři možnosti rozlišení: 752 x 480 (0,3 MP) nebo 1280 x 960 (1,2 MP) černobíle a 2592 x 1944 (5,0 MP) barevně
• 50 až 300 mm automatické ostření, 75 až 1200 mm automatické ostření a pevné ostření
• Ohnisková vzdálenost: širokoúhlý, střední nebo úzký/dlouhý
• Cyklus čtení 32 ms rychlostí až 60 snímků za sekundu
• Napájení 5 až 30 V, volitelné napájení přes Ethernet (PoE) (režim B) a spotřeba proudu 180 mA při 24 V
• Tři vstupní/výstupní (I/O) řídicí porty izolované optočlenem
• Komunikace přes RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP nebo Profinet
• Daisy chain až osmi čteček
• Grafické uživatelské rozhraní WebLink (GUI) pro konfiguraci a monitorování pomocí prohlížeče

Verze V430-F000W12M-SRP využívá širokoúhlý objektiv a ve firmware je obsažen režim Plus Mode místo opravy chyb X-Mode. Plus Mode je vhodný pro vysoce kontrastní kódy jako jsou štítky, zatímco X-Mode je vhodný pro všechny štítky s nízkou kvalitou tisku. Čtečky řady F430 mohou fungovat současně jako čtečka čárových kódů a jako systém vizuální kontroly.

Přídavné moduly zlepšují kontrast

Řada F430 přichází s řadou možností, které se přizpůsobí dané aplikaci. Například přídavné kruhové světlo ( V430-AL ) s osmi nebo 24 LED diodami v červené, bílé, modré nebo IR variantě rozšiřují kontrastní rozsah čtečky čárových kódů. Barevné a polarizační filtry a difuzory ( V430-AF ) navíc eliminují rozptýlené světlo a odlesky od lesklých povrchů (obrázek 4).

Obrázek 4: Difuzory a polarizační filtry eliminují odrazy a rozptýlené světlo, a tím dochází ke zlepšení kontrastu a snížení chyb při čtení. (Zdroj obrázku: Omron)

Konektivita čtečky čárových kódů

Čtečka čárových kódů V430-F obsahuje dva konektory M12 a několik možností připojení (obrázek 5). Komunikační konektor umožňuje hostitelskému PC číst dekódovaná data, konfigurovat a monitorovat čtečku přes Ethernet/IP, TCP/IP nebo Profinet. Přes tuto zásuvku lze také čtečku napájet přes PoE (režim B). Druhý konektor se připojuje k PLC pro řízení procesu a obsahuje také spouštěcí vstup, rozhraní RS-232 a tři I/O spínací signály. Tento druhý konektor se používá také k napájení čtečky V430-F. Čtení dekódovaných dat, konfiguraci a monitorování čtečky čárových kódů lze také provádět prostřednictvím terminálu RS-232 V430-F.

Obrázek 5: Možnosti připojení čtečky čárových kódů V430-F. (Zdroj obrázku: Omron)

Omron nabízí také kabely Ethernet, I/O a RS-232 pro řadu V430 ( V430-W ). Při instalaci V430-F ve spojení s komponenty jako je fotosenzor, pomocné LED světlo a napájecí zdroj poskytuje rozhraní 98-000103-02 užitečný čtyřcestný distribuční bod.

Uživatelské rozhraní WebLink

WebLink server integrovaný se čtečkou čárových kódů poskytuje uživateli GUI, které se vyvolá zadáním adresy http://192.168.188.2 do prohlížeče. Odtud lze ovládat, monitorovat, konfigurovat a číst data z čtečky V430-F.

Obrázek 6: V430-F lze ovládat, číst a konfigurovat pomocí uživatelského rozhraní WebLink. (Zdroj obrázku: Omron)

Záložka <Start> obsahuje informace specifické pro model pro všechny připojené čtečky a je výchozím bodem pro vytváření konfiguračních profilů. Záložka <Setup> zobrazuje vlevo důležitá konfigurační nastavení, zatímco prostřední oblast zobrazuje obraz kamery a nabízí nástroje pro zpracování obrazu pro definování oblasti snímání čárového kódu. Vpravo je výstupní okno, které nepřetržitě zobrazuje dekódovaná data čárového kódu. Tato dekódovaná data lze také sledovat přes terminál WebLink nebo číst přes rozhraní RS-232.

Konfigurace parametrů

Pro výrazné urychlení dekódování lze přesně vymezit oblast detekce, definovat očekávané typy kódů a optimálně nastavit algoritmy zpracování obrazu. Lze také upravit výstupní formát dekódovaného datového slova a vložit, zaměnit či extrahovat určité znaky. Pomocí K-příkazů přes příkazový řádek terminálu nebo přímou změnou hodnot v položce nabídky WebLink <Advanced Settings> lze konfigurovat parametry pro následující funkční oblasti: Camera Setup, Communications, Read Cycle, Symbologies, I/O, Symbol Quality, Match String, Diagnostics, Image Storage, a Configuration Database. V konfigurační databázi lze podle kódu nakonfigurovat až deset oblastí zájmu (ROI - region of interest). V režimu <Run> může V430-F přepínat mezi těmito sadami parametrů. Špatnou kvalitu symbolu mohou zlepšit různé speciální algoritmy, které se konfigurují pomocí položky <Advanced Decoding Parameters> :

• 2D Damaged Mode dokáže dekódovat symboly s deformovaným zarovnáním mřížky nebo špatnou registrací buněk. Obrázek 7 v levém horním rohu ukazuje, jak to funguje. Funkci lze povolit pomocí sériového příkazu <K567,1> (0/1 = zakázáno/povoleno).
• Attempt Morphology Manipulation používá dilataci nebo morfologii. Pravý horní roh obrázku 7 ukazuje, jak zvyšuje sílu signálu a snižuje šum. Algoritmus se aktivuje pomocí sériového příkazu <K568,1>.

Obrázek 7: Algoritmy zpracování obrazu, jako je režim poškození, morfologie a zvětšování/snižování, umožňují dekódovat i nízkou kvalitu obrazu. (Zdroj obrázku: Omron)

• Curved 2D je určena pro symboly Data Matrix a QR Code. Pokud je poměr délek mezi červenou a zelenou čárou zobrazený na obrázku 8 větší než 20:1, bude aktivován algoritmus Curved 2D. Funkce je povolena pomocí sériového příkazu <K563,1>.

Obrázek 8: Algoritmus zpracování obrazu Curved 2D automaticky detekuje zakřivené kódové štítky a před dekódováním je opraví. (Zdroj obrázku: Omron)

• Symbol Quality vygeneruje podrobné vyhodnocení ve stupních od A do F podle ISO/IEC 15416. Každý jednotlivý parametr lze aktivovat samostatně pomocí sériového příkazu < K726, aperture, overall, edge determination, decode, contrast, minimum reflectance, minimum edge contrast, modulation, defects, decodability, and quiet zone >. Sériový příkaz <VAL4> odpoví textovou zprávou, která shrnuje klasifikaci ISO/IEC15416 (tabulka 1).

Tabulka 1: Sériový příkaz <VAL4> odpoví textovou zprávou, která obsahuje klasifikaci ISO/IEC15416. (Zdroj tabulky: Omron)

Závěr

Kompaktní optické čtečky čárových kódů řady V430-F spolehlivě dekódují širokou škálu kódových standardů na různých površích a při vysokých rychlostech v náročných továrních prostředích. Výkonné integrované zpracování obrazu lze snadno konfigurovat prostřednictvím prohlížeče, a to umožňuje zprovoznit a spustit čtečku čárových kódů bez specializovaných zkušeností se zpracováním obrazu.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com