Implémenter un système de suivi et de traçabilité compact et hautes performances

Les concepteurs de systèmes d'automatisation d'usine et de suivi des marchandises ont besoin de lecteurs de codes-barres optiques capables de lire des types d'étiquettes de code utilisant notamment l'impression thermique, la gravure laser ou la matrice de points en métal. Le décodage d'étiquettes de code variables en mouvement rapide sur les bandes transporteuses nécessite des lecteurs dotés d'un traitement d'image à faible latence et haute résolution, capables de décoder avec précision des codes-barres endommagés ou sales. Les lecteurs doivent fonctionner de manière fiable dans les environnements difficiles malgré des conditions d'éclairage défavorables, une orientation imprévisible des étiquettes et une géométrie irrégulière des étiquettes.

Pour répondre à ces besoins tout en respectant les contraintes de coût et de temps, les concepteurs d'installations industrielles peuvent utiliser des lecteurs de codes-barres disponibles dans le commerce, facilement configurables pour s'adapter à un large éventail d'applications cibles.

Cet article aborde brièvement les normes des codes-barres et les exigences des lecteurs avant de présenter des lecteurs de codes-barres basés sur l'image d'Omron Automation and Safety, qui sont faciles à configurer sur le terrain et qui sont pris en charge par divers modules de lumière colorée et de filtre. L'article détaille les normes de code prises en charge, le câblage et la manière de configurer le logiciel des lecteurs.

Types de normes de codes-barres

Il existe de nombreux types de codes-barres, chacun présentant des caractéristiques et des exigences uniques. La Figure 1 montre des exemples de codes-barres linéaires (1D), de symboles de codes à points, matriciels (2D) et linéaires empilés, ainsi que des photos de marquage direct des pièces (DPM) sur différents matériaux avec différentes qualités de contraste et de résolution.

Figure 1 : Les lecteurs de codes doivent prendre en charge une variété de codes, notamment les codes-barres linéaires (1D), les codes-barres linéaires empilés, les symboles matriciels 2D et les symboles de codes à points (en haut). Les DPM présentent diverses caractéristiques de contraste et de résolution (en bas). (Source de l'image : Omron)

La matrice 2D à droite dans la Figure 2 illustre la structure d'un code QR : quatre marques de référence carrées définissent l'orientation de lecture de l'étiquette de code, tandis que deux bandes zébrées signalent la séquence de lecture. Plus de la moitié des cellules contiennent le mot de données utilisateur ; le reste sert de redondance pour la correction des erreurs.

Figure 2 : Le code QR ajoute une correction d'erreur ainsi que des marques de référence et de séquence au mot de données (à gauche). Des niveaux de correction d'erreur ajustables peuvent reconstruire de 7 % à 30 % de la zone de symbole perdue (à droite). (Source de l'image : Omron)

Si le symbole du code QR est généré à l'aide de l'algorithme de Reed-Solomon, la correction d'erreur peut reconstruire de 7 % à 30 % de la zone de symbole perdue, en fonction du niveau sélectionné (Figure 2, à droite). Selon la norme ISO/CEI 24778, le code Aztec, un code à matrice de points 2D pour les applications à espace limité, peut être lu dans n'importe quelle orientation et spécifie une correction d'erreur ajustable de 5 % à 95 %.

Lecteurs de codes-barres basés sur l'image intégrant le traitement d'image

La série de lecteurs de codes-barres compacts MicroHAWK V430-F d'Omron est un bon exemple de la manière dont les lecteurs sont devenus sophistiqués et performants. Ces lecteurs peuvent lire de manière fiable divers codes-barres matriciels sur une variété de surfaces dans des environnements d'usine difficiles. Ils utilisent de puissants algorithmes de correction d'erreurs pour décoder les symboles endommagés et incomplets à des vitesses pouvant atteindre 60 images par seconde (fps). L'optique avancée combine des capteurs d'images monochromes ou couleur avec une résolution jusqu'à 5 mégapixels (MP) et diverses options de focale fixe et autofocus.

Le lecteur de codes-barres monochrome V430-F000L12M-SRX présente une résolution de 1280 x 960 pixels (1,2 MP) (Figure 3). Il intègre un objectif autofocus avec une profondeur de champ de 1160 millimètres (mm), huit LED rouges et un processeur d'images de 800 mégahertz (MHz), et ce, dans un boîtier mesurant 44,5 mm (l) x 25,5 mm (H) x 56,9 mm (P).

Figure 3 : Lecteur de codes-barres V430-F000L12M-SRX avec éclairage intégré (à gauche) et étendu avec un anneau LED et un module diffuseur (à droite). (Source de l'image : Omron)

Le lecteur V430-F est répertorié IP67 et peut être facilement installé et configuré sur site dans les zones de production industrielle. Le traitement d'image intégré capture les codes 1D, 2D et à matrice de points et détecte les DPM dans des conditions de contraste médiocres. Ses algorithmes de traitement des erreurs et des images peuvent décoder les étiquettes de code endommagées, sales, floues ou déformées et les restituer sous forme de texte ASCII brut.

Les caractéristiques importantes de la famille V430-F incluent les suivantes :

• Prise en charge des normes de code :
  • ISO/CEI 15415 : DataMatrix (ECC200, GS1), QR Code, Micro QR
  • ISO/CEI TR 29158 : DataMatrix (ECC200, GS1)
  • ISO/CEI 15416 : Code 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, Code 39, Code 93, Codabar
  • ISO/CEI 16022 : DataMatrix (ECC200, GS1)
• Trois options de résolution :
  • 752 x 480 (0,3 MP) ou 1280 x 960 (1,2 MP) monochrome, et 2592 x 1944 (5,0 MP) couleur
• Autofocus de 50 mm à 300 mm, autofocus de 75 mm à 1200 mm et focale fixe
• Distance focale : grand angle, moyenne ou étroite/longue
• Cycle de lecture de 32 millisecondes (ms) jusqu'à 60 fps
• Alimentation de 5 volts (V) à 30 V, Power over Ethernet (PoE) en option (mode B) et consommation de courant de 180 milliampères (mA) à 24 V
• Trois ports de contrôle entrée/sortie (E/S) isolés par un photocoupleur
• Communication via RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP ou Profinet
• Connexion en chaîne de jusqu'à huit lecteurs
• Interface utilisateur graphique (GUI) WebLink pour la configuration et la surveillance basées sur un navigateur

La version V430-F000W12M-SRP utilise un objectif grand angle et propose le mode Plus Mode dans son micrologiciel de traitement d'image au lieu de la correction d'erreur X-Mode. Plus Mode convient aux codes à fort contraste tels que les étiquettes, tandis que les algorithmes agressifs de positionnement, d'analyse et de reconstruction des symboles X-Mode conviennent à toutes les étiquettes, y compris les codes à faible qualité d'impression et les DPM. Les dispositifs de la série F430 ont une double fonction, ce qui signifie qu'ils peuvent fonctionner simultanément comme lecteur de codes-barres et comme système d'inspection visuelle.

Des modules d'extension améliorent le contraste

La série F430 est proposée avec une variété d'options pour s'adapter à l'application. Par exemple, des modules d'extension faciles à installer tels que des anneaux lumineux (V430-AL), avec 8 ou 24 LED en rouge, blanc, bleu ou IR, étendent la plage de contraste du lecteur de codes-barres. De plus, des diffuseurs et des filtres de couleur et de polarisation (V430-AF) réduisent la lumière parasite et l'éblouissement des surfaces brillantes (Figure 4).

Figure 4 : Les diffuseurs et les filtres polarisants réduisent les reflets et la lumière parasite afin d'améliorer le contraste et de réduire les erreurs de lecture. (Source de l'image : Omron)

Connecter le lecteur de codes-barres

Le lecteur de codes-barres V430-F est doté de deux prises M12 et de plusieurs options de connexion (Figure 5). La prise de communication permet à un PC hôte de lire les données décodées via Ethernet/IP, TCP/IP ou Profinet, de configurer et de surveiller le lecteur de codes-barres et éventuellement de fournir une alimentation via PoE (mode B). La deuxième fiche se connecte à un automate programmable (PLC) pour le contrôle de processus et inclut une entrée de déclenchement, une interface RS-232 et trois signaux de commutation E/S. Elle est également utilisée pour alimenter le V430-F. La lecture des données décodées, la configuration et la surveillance du lecteur de codes-barres peuvent également être effectuées via la borne RS-232 du V430-F.

Figure 5 : Les options de connectivité du lecteur de codes-barres V430-F incluent Ethernet, les lignes de commande E/S, RS-232 et les lignes d'alimentation. (Source de l'image : Omron)

Omron propose des câbles Ethernet, E/S et RS-232 configurés pour la série V430 (V430-W). Lors de l'installation du V430-F en conjonction avec des composants périphériques (tels qu'un photodétecteur, une lumière LED auxiliaire et une alimentation), l'interface 98-000103-02 fournit un point de distribution à quatre voies utile.

Interface utilisateur WebLink

Le serveur WebLink intégré au lecteur de codes-barres fournit à l'utilisateur une interface graphique qui est appelée en entrant http://192.168.188.2 dans un navigateur. À partir de là, le concepteur peut contrôler, surveiller, configurer et lire le V430-F.

Figure 6 : Le V430-F peut être contrôlé, lu et configuré via l'interface utilisateur WebLink. (Source de l'image : Omron)

L'onglet <Start> contient des informations spécifiques au modèle pour tous les lecteurs connectés et constitue le point de départ pour la création de profils de configuration. L'onglet <Setup> affiche les paramètres de configuration importants sur la gauche, tandis que la zone centrale affiche l'image de la caméra et offre des outils de traitement d'image pour définir la zone de capture du code-barres. Sur la droite, une fenêtre de sortie affiche en permanence les mots de données de codes-barres décodés, qui peuvent également être suivis via le terminal WebLink ou lus via l'interface RS-232.

Configuration des paramètres

Pour accélérer le décodage de manière significative, les concepteurs peuvent délimiter précisément la zone de détection, définir les types de codes attendus et paramétrer de manière optimale les algorithmes de traitement d'image. Ils peuvent également modifier le format de sortie du mot de données décodé et insérer, échanger ou extraire des caractères.

En utilisant les commandes K via la ligne de commande du terminal ou en modifiant directement les valeurs dans l'élément de menu WebLink <Advanced Settings>, les concepteurs peuvent configurer les paramètres pour les domaines fonctionnels suivants : configuration de la caméra, communications, cycle de lecture, symbologies, E/S, qualité des symboles, chaîne de correspondance, diagnostics, stockage d'images et base de données de configuration.

Une fois que la section de fenêtre d'intérêt (WOI) est créée dans la zone de visualisation de la caméra, toutes les zones d'étiquettes de code pertinentes, appelées régions d'intérêt (ROI), sont définies à l'intérieur. Jusqu'à dix de ces régions d'intérêt peuvent être configurées spécifiquement pour le code dans la base de données de configuration. En mode <Run>, le V430-F peut basculer entre ces jeux de paramètres.

Divers algorithmes spéciaux peuvent améliorer la mauvaise qualité des symboles et ils peuvent être configurés via l'élément du menu <Advanced Decoding Parameters> :

• 2D Damaged Mode peut décoder des symboles avec un alignement de grille déformé ou un mauvais enregistrement des cellules. Le fonctionnement est illustré à la Figure 7 dans le coin supérieur gauche. La fonctionnalité peut être activée via la commande série <K567,1> (0/1 = désactivé/activé).
• Attempt Morphology Manipulation applique une dilatation ou une érosion morphologique et tente de décoder. L'augmentation de l'intensité du signal et la réduction du bruit sont illustrées dans le coin supérieur droit de la Figure 7. L'algorithme est activé via la commande série <K568,1>.

Figure 7 : Les algorithmes de traitement d'image tels que le mode endommagé, la morphologie et l'augmentation/la réduction permettent de décoder des images de qualité médiocre. (Source de l'image : Omron)

• L'algorithme Curved 2D est destiné aux symboles Data Matrix et QR Code.
  Si le rapport de longueur entre les lignes rouge et verte (Figure 8) est supérieur à 20:1, l'algorithme Curved 2D sera activé. La fonction est activée via la commande série <K563,1>.

Figure 8 : L'algorithme de traitement d'image Curved 2D détecte automatiquement les étiquettes de code courbées et les rectifie avant le décodage. (Source de l'image : Omron)

• Symbol Quality produit des évaluations détaillées sous forme de notes de A à F selon la norme ISO/CEI 15416. Chaque paramètre peut être activé séparément à l'aide de la commande série <K726, aperture, overall, edge determination, decode, contrast, minimum reflectance, minimum edge contrast, modulation, defects, decodability, and quiet zone>. La commande série <VAL4> répond avec un rapport textuel qui résume la classification ISO/CEI 15416 (Tableau 1).

Tableau 1 : La commande série répond avec un rapport textuel qui résume la classification ISO/CEI 15416. (Source du tableau : Omron)

Conclusion

Les lecteurs de codes-barres basés sur l'image compacts de la série V430-F décodent de manière fiable une grande variété de normes de codes sur différentes surfaces et à des vitesses élevées dans des environnements d'usine difficiles. Comme illustré, le puissant traitement d'image intégré peut être facilement configuré via un navigateur, permettant aux concepteurs de faire fonctionner un lecteur de codes-barres même sans disposer d'expérience spécifique en traitement d'image.