實施緊湊型高性能跟蹤和追溯系統(tǒng)

作者：Jens Wallmann

投稿人：DigiKey 歐洲編輯

工廠自動化和貨物跟蹤系統(tǒng)設(shè)計人員需要能夠讀取熱敏打印、光刻或金屬點陣等條碼標(biāo)簽類型的光學(xué)條碼讀取器。要解碼傳送帶上快速移動且不斷變化的條碼標(biāo)簽，需要讀取器具備低延時、高分辨率的圖像處理功能，能夠準(zhǔn)確解碼損壞或臟污的條碼。盡管存在光照條件不佳、標(biāo)簽方向不可預(yù)測及標(biāo)簽形狀凹凸不平等情況，但讀取器必須在惡劣環(huán)境中保持可靠運行。

為了在符合成本與時間限制的同時滿足這些需求，工業(yè)工廠設(shè)計人員可以使用現(xiàn)成即用的條碼讀取器，這些讀取器可以根據(jù)各種目標(biāo)應(yīng)用場景而隨時配置。

本文簡要討論了條碼標(biāo)準(zhǔn)和讀取器要求，隨后介紹了 [Omron Automation and Safety]的基于圖像的合適條碼讀取器，這些讀取器可在現(xiàn)場輕松配置，并輔以各種彩燈和濾光片模塊。本文討論了支持的條碼標(biāo)準(zhǔn)、布線以及如何配置讀取器軟件。

條碼標(biāo)準(zhǔn)類型

條碼類型多種多樣，而且每種類型都具有獨特功能和要求。圖 1 所示為線性（一維）條碼、堆疊式線性條碼、矩陣（二維）條碼和 DotCode（點碼）符號示例，以及在不同材料上以不同對比度和分辨率質(zhì)量進行直接零件標(biāo)記 (DPM) 的照片。

圖 1：讀取器需要支持各種條碼，包括線性（一維）條碼、堆疊式線性條碼、二維矩陣符號和 DotCode（點碼）符號（上圖）。DPM 具有不同的對比度和分辨率特性（下圖）。（圖片來源：Omron）

圖 2 右側(cè)的二維矩陣顯示了二維碼結(jié)構(gòu)：四個正方形參考標(biāo)記定義了條碼標(biāo)簽的讀取方向，而兩條斑馬線則表示讀取時鐘。一半以上的單元格包含用戶數(shù)據(jù)字，其余的作為糾錯冗余位。

圖 2：二維碼在數(shù)據(jù)字（左）中添加了糾錯及參考和時鐘標(biāo)記?？烧{(diào)節(jié)的糾錯級別可重建 7% 至 30% 的丟失符號區(qū)域（右圖）。（圖片來源：Omron）

如果使用 Reed-Solomon 算法生成二維碼符號，糾錯功能可以重建 7% 至 30% 的丟失符號區(qū)域，具體取決于所選的級別（圖 2，右圖）。根據(jù) ISO/IEC 24778 標(biāo)準(zhǔn)，Aztec 碼是一種適用于空間受限應(yīng)用的二維點陣碼，可在任何方向讀取，并規(guī)定了 5% 至 95% 的可調(diào)糾錯率。

基于圖像的條碼讀取器集成了圖像處理功能

Omron 的小型 MicroHAWK[V430-F]系列條碼讀取器可以充分展示讀取器的先進性與功能發(fā)展。這些讀取器可以在嚴苛工廠環(huán)境中可靠地讀取各種表面上的不同矩陣條碼。使用功能強大的糾錯算法，以高達 60 fps 的速度解碼受損和不完整的符號。先進的光學(xué)器件結(jié)合了單色或彩色圖像傳感器，分辨率高達 5 MP，并提供各種定焦或自動對焦選項。

[V430-F000L12M-SRX]單色條碼讀取器的分辨率為 1280 x 960 像素 (1.2 MP)（圖 3）。該讀取器集成了一個景深達 1160 mm 的自動對焦鏡頭、8 個紅色聚光燈 LED 和 800 MHz 的圖像處理器，封裝尺寸為 44.5 mm（寬）x 25.5 mm（高）x 56.9 mm（深）。

圖 3：所示為集成照明功能的 V430-F000L12M-SRX 條碼讀取器（左），以及擴展增加 LED 環(huán)形燈和漫射器模塊（右）。（圖片來源：Omron）

V430-F 讀取器具有 IP67 防護等級，可在工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域現(xiàn)場輕松安裝和配置。板載圖像處理功能可捕捉一維、二維和點陣碼，并在對比度較低的條件下檢測 DPM。設(shè)備的錯誤和圖像處理算法可以解碼損壞、臟污、模糊或扭曲的條碼標(biāo)簽，并將其輸出為純 ASCII 文本。

V430-F 系列的一些重要功能包括：

• 支持的條碼標(biāo)準(zhǔn)：
  • ISO/IEC 15415：DataMatrix（ECC200、GS1）、二維碼、微型二維碼
  • ISO/IEC TR 29158：DataMatrix（ECC200、GS1）
  • ISO/IEC 15416：條碼 128/GS1-12、UPC/EAN (JAN)、ITF、條碼 39、條碼 93、Codabar
  • ISO/IEC 16022：DataMatrix（ECC200、GS1）
• 三種分辨率選項:
  • 752 x 480 (0.3 MP) 或 1280 x 960 (1.2 MP) 單色，2592 x 1944 (5.0 MP) 彩色
• 50 至 300 mm 自動對焦、75 至 1200 mm 自動對焦和定焦
• 焦距：廣角、中焦或窄角/長焦
• 讀取周期為 32 ms，速度高達 60 fps
• 電源電壓為 5 至 30 V，可選以太網(wǎng)供電 (PoE)（模式 B），24 V 時的電流消耗為 180 mA
• 三個輸入/輸出 (I/O) 控制端口由光耦合器隔離
• 通過 RS-232、TCP/IP、以太網(wǎng)/IP 或 Profinet 通信
• 菊花鏈最多可連接 8 個讀取器
• 基于瀏覽器進行配置和監(jiān)控的 WebLink 圖形用戶界面 (GUI)

[V430-F000W12M-SRP]版本使用廣角鏡頭，其圖像處理固件采用 Plus Mode 替代 X-Mode 糾錯。Plus Mode 適用于標(biāo)簽等高對比度條碼，而 X-Mode 的積極符號定位、分析和重建算法使其適用于所有標(biāo)簽，包括低印刷級條碼和 DPM。F430 系列設(shè)備具有雙重功能，即可以同時作為條碼讀取器和視覺檢測系統(tǒng)運行。

附加模塊可提高對比度

F430 系列有多種選項，可滿足各種應(yīng)用需求。例如，易于安裝附加模塊，如帶有 8 或 24 個 LED（紅色、白色、藍色或紅外）的環(huán)形燈 ([V430-AL])，可擴展條碼讀取器的對比度范圍。此外，彩色和偏振濾光片及漫射器 ([V430-AF]) 還能減少來自光滑表面的雜散光和眩光（圖 4）。

圖 4：漫射器和偏振濾光片可減少反光和雜散光，從而提高對比度并減少讀取誤差。（圖片來源：Omron）

連接條碼讀取器

V430-F 條碼讀取器配備兩個 M12 插座，支持多種連接選項（圖 5）。通信插座允許主機 PC 通過以太網(wǎng)/IP、TCP/IP 或 Profinet 讀取解碼數(shù)據(jù)，配置和監(jiān)控條碼讀取器，并可選擇通過 PoE（模式 B）供電。第二個插頭連接到用于過程控制的可編程邏輯控制器 (PLC)，包括一個觸發(fā)輸入端、一個 RS-232 接口和三個輸入/輸出切換信號。還可使用該插頭為 V430-F 供電。條碼讀取器的解碼數(shù)據(jù)讀取、配置和監(jiān)控也可通過 V430-F 的 RS-232 終端完成。

圖 5：V430-F 條碼讀取器的連接選項包括以太網(wǎng)、I/O 控制線、RS-232 和電源線。（圖片來源：Omron）

Omron 為 V430 系列 [(V430-W]) 提供經(jīng)過配置的以太網(wǎng)、I/O 和 RS-232 電纜。如果 V430-F 搭載安裝光電傳感器、輔助 LED 燈和電源等外設(shè)元器件，則 [98-000103-02] 接口可提供實用的四路分配點。

WebLink 用戶界面

與條碼讀取器集成的 WebLink 服務(wù)器可為用戶提供圖形用戶界面，用戶只需在瀏覽器中輸入 http://192.168.188.2 即可調(diào)用。設(shè)計人員可以從中控制、監(jiān)控、配置和讀出 V430-F。

圖 6：可通過 WebLink 用戶界面控制、讀取和配置 V430-F。（圖片來源：Omron）

（開始）選項卡包含所有已連接讀取器的型號特定信息，可以從這里開始創(chuàng)建配置文件。（設(shè)置）選項卡左側(cè)顯示重要的配置設(shè)置，中間區(qū)域顯示攝像頭圖像，并提供圖像處理工具來界定條碼捕捉區(qū)域。右側(cè)的輸出窗口連續(xù)顯示已解碼的條碼數(shù)據(jù)字，這些數(shù)據(jù)字也可通過 WebLink 終端進行跟蹤或通過 RS-232 接口讀出。

配置參數(shù)

為了顯著加快解碼速度，設(shè)計人員可以精確劃分檢測區(qū)域，定義預(yù)期的條碼類型，并優(yōu)化設(shè)置圖像處理算法。還可以修改解碼數(shù)據(jù)字的輸出格式，并插入、交換或提取字符。

無論是通過終端命令行使用 K 命令，或直接更改 WebLink 菜單項 （高級設(shè)置）中的值，設(shè)計人員可以配置以下功能區(qū)的參數(shù)：攝像頭設(shè)置、通信、讀取周期、符號、I/O、符號質(zhì)量、匹配字符串、診斷、圖像存儲和 配置數(shù)據(jù)庫 。

一旦在攝像頭可視范圍制作了感興趣窗口 (WOI) 部分，所有相關(guān)的條碼標(biāo)簽區(qū)域（稱為感興趣區(qū)域 (ROI)）就會在此區(qū)域內(nèi)定義。最多可在配置數(shù)據(jù)庫中配置 10 個此類 ROI。在 （運行）模式下，V430-F 可以在這些參數(shù)集之間切換。

各種特殊算法可以提高較差的符號質(zhì)量，可通過 （高級解碼參數(shù)）菜單項進行配置：

• 二維損壞模式可以解碼網(wǎng)格對齊扭曲或單元格注冊不良的符號。圖 7 左上角顯示了其工作原理。可通過串行命令
• 嘗試形態(tài)操縱應(yīng)用形態(tài)擴張或侵蝕，并嘗試解碼。圖 7 右上角展示該算法如何增加信號強度并減少噪音。可通過串行命令

圖 7：圖像處理算法（如損壞模式、形態(tài)學(xué)和放大/縮?。┦沽淤|(zhì)圖像也能解碼。（圖片來源：Omron）

• 曲面二維專為數(shù)據(jù)矩陣和二維碼符號設(shè)計。
  如果紅線和綠線的長度比（如圖 8 所示）大于 20:1，則將激活曲面二維算法?？赏ㄟ^串行命令

圖 8：曲面二維圖像處理算法可自動檢測曲面條碼標(biāo)簽，并在解碼前予以矯正。（圖片來源：Omron）

• 根據(jù) ISO/IEC 15416 標(biāo)準(zhǔn)，符號質(zhì)量將輸出 A 至 F 級的詳細評估結(jié)果?？墒褂么忻?*quiet zone> （K726、光圈、整體、邊緣確定、解碼、對比度、最小反射率、最小邊緣對比度、調(diào)制、缺陷、可解碼性和靜態(tài)區(qū)域）分別啟用每個參數(shù)。串行命令

表 1：串行命令

總結(jié)

基于圖像的 V430-F 系列條碼讀取器結(jié)構(gòu)緊湊，可在嚴苛的工廠環(huán)境中高速可靠地解碼不同表面上的各種條碼標(biāo)準(zhǔn)。如圖所示，強大的集成圖像處理功能可通過瀏覽器輕松配置，設(shè)計人員無需專門的圖像處理經(jīng)驗即可啟動并運行條碼讀取器。