Implementazione della tracciabilità e rintracciabilità compatta ad alte prestazioni

I progettisti di sistemi di automazione di fabbrica e di monitoraggio delle merci hanno bisogno di lettori ottici di codici a barre in grado di leggere vari tipi di etichette a stampa termica, incisione laser o a matrice di punti metallici. La decodifica di etichette con codici variabili e in rapido movimento su nastri trasportatori richiede lettori con un'elaborazione delle immagini a bassa latenza e ad alta risoluzione, in grado di decodificare con precisione codici a barre danneggiati o sporchi. I lettori devono funzionare in modo affidabile in ambienti difficili, nonostante le condizioni di luce avverse, l'orientamento imprevedibile delle etichette e la geometria irregolare delle stesse.

Per rispondere a queste esigenze e rispettare i vincoli di costo e di tempo, i progettisti di impianti industriali possono utilizzare lettori di codici a barre facilmente configurabili per soddisfare un'ampia gamma di applicazioni.

Questo articolo illustra brevemente gli standard dei codici a barre e i requisiti dei lettori prima di presentare i lettori di codici a barre per immagini di Omron Automation and Safety, facilmente configurabili sul campo e supportati da vari moduli di illuminazione e filtri colorati. L'articolo illustra gli standard di codice supportati, il cablaggio e la configurazione del software dei lettori.

Tipi di standard per i codici a barre

Esistono molti tipi di codici a barre, ognuno con caratteristiche e requisiti unici. La Figura 1 mostra esempi di codici a barre lineari (1D), simboli lineari, a matrice (2D) e codici a punti impilati, nonché foto di marcatura diretta dei pezzi (DPM) su diversi materiali con qualità di contrasto e risoluzione differenti.

Figura 1: I lettori devono supportare una varietà di codici, tra cui codici a barre lineari (1D), codici a barre lineari impilati, simboli a matrice 2D e simboli a punti impilati (in alto). I DPM hanno diverse caratteristiche di contrasto e risoluzione (in basso). (Immagine per gentile concessione di Omron)

La matrice 2D sulla destra della Figura 2 illustra la struttura del codice QR: quattro segni di riferimento quadrati definiscono l'orientamento di lettura dell'etichetta del codice, mentre due strisce zebrate segnalano l'orologio di lettura. Più della metà delle celle contiene la parola dati dell'utente; le altre servono come ridondanza per la correzione degli errori.

Figura 2: Il codice QR aggiunge la correzione degli errori e i segni di riferimento e di orologio alla parola dati (a sinistra). I livelli di correzione degli errori regolabili possono ricostruire dal 7% al 30% dell'area del simbolo perduto (a destra). (Immagine per gentile concessione di Omron)

Se il simbolo del codice QR viene generato utilizzando l'algoritmo Reed-Solomon, la correzione degli errori può ricostruire dal 7% al 30% dell'area del simbolo perduto, a seconda del livello selezionato (Figura 2, a destra). Secondo la norma ISO/IEC 24778, il codice Aztec, un codice a matrice di punti 2D per applicazioni con vincoli di spazio, può essere letto con qualsiasi orientamento e specifica una correzione degli errori regolabile dal 5% al 95%.

Lettore di codici a barre per immagini che integra l'elaborazione delle immagini

Un buon esempio di quanto siano avanzati e capaci oggi i lettori è la serie compatta MicroHAWK V430-F di Omron. Questi lettori sono in grado di leggere in modo affidabile diversi codici a barre a matrice su una varietà di superfici in ambienti industriali difficili. Utilizzano potenti algoritmi di correzione degli errori per decodificare simboli danneggiati e incompleti a velocità fino a 60 fotogrammi al secondo (fps). Le ottiche avanzate combinano sensori di immagine monocromatici o a colori con risoluzione fino a 5 MP e varie opzioni di messa a fuoco fissa o automatica.

Il lettore di codici a barre monocromatici V430-F000L12M-SRX ha una risoluzione di 1280 x 960 pixel (1,2 MP) (Figura 3). Integra un obiettivo con messa a fuoco automatica con profondità di campo di 1160 mm, otto LED rossi per luce a fascio stretto e un processore di immagini da 800 MHz, il tutto in un contenitore di 44,5 x 25,5 x 56,9 mm.

Figura 3: Il lettore di codici a barre V430-F000L12M-SRX con illuminazione integrata (a sinistra) e ampliato con un anello LED e un modulo diffusore (a destra). (Immagine per gentile concessione di Omron)

Il lettore V430-F ha un grado di protezione IP67 e può essere facilmente installato e configurato sul campo nelle aree di produzione industriale. L'elaborazione delle immagini integrata acquisisce codici 1D, 2D e a matrice di punti e rileva i DPM in condizioni di basso contrasto. Gli algoritmi di elaborazione degli errori e delle immagini sono in grado di decodificare etichette di codice danneggiate, sporche, sfocate o distorte e di restituirle come testo ASCII.

Alcune caratteristiche importanti della famiglia V430-F includono:

• Supporto degli standard di codice:
  • ISO/IEC 15415: Data Matrix (ECC200, GS1), QR Code, Micro QR
  • ISO/IEC TR 29158: Data Matrix (ECC200, GS1)
  • ISO/IEC 15416: Code 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, Code 39, Code 93, Codabar
  • ISO/IEC 16022: Data Matrix (ECC200, GS1)
• Tre opzioni di risoluzione:
  • 752 x 480 (0,3 MP) o 1280 x 960 (1,2 MP) in monocromia, e 2592 x 1944 (5,0 MP) a colori
• Messa a fuoco automatica da 50 a 300 mm, messa a fuoco automatica da 75 a 1200 mm e messa a fuoco fissa
• Lunghezza focale: grandangolare, media o stretta/lunga
• Ciclo di lettura di 32 ms fino a 60 fps
• Alimentazione da 5 a 30 V, Power over Ethernet (PoE) opzionale (modalità B) e consumo di corrente di 180 mA a 24 V
• Tre porte di controllo di ingresso/uscita (I/O) isolate da un optoaccoppiatore
• Comunicazione via RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP o Profinet
• Collegamento a margherita di un massimo di otto lettori
• Interfaccia grafica utente (GUI) WebLink per la configurazione e il monitoraggio via browser

La versione V430-F000W12M-SRP utilizza un obiettivo grandangolare e offre la modalità Plus nel firmware di elaborazione delle immagini anziché la correzione degli errori X-Mode. La modalità Plus è adatta a codici ad alto contrasto come le etichette, mentre gli algoritmi aggressivi di posizionamento, analisi e ricostruzione dei simboli della modalità X la rendono adatta a tutte le etichette, compresi i codici a basso grado di stampa e i DPM. I dispositivi serie F430 sono a doppia funzione, ovvero possono funzionare contemporaneamente come lettori di codici a barre e come sistemi di ispezione visiva.

I moduli aggiuntivi migliorano il contrasto

La serie F430 è disponibile con una varietà di opzioni per adattarsi all'applicazione. Ad esempio, i moduli aggiuntivi facili da installare, come gli anelli luminosi (V430-AL) con otto o 24 LED rossi, bianchi, blu o IR, ampliano la gamma di contrasto del lettore di codici a barre. Inoltre, i filtri e i diffusori di colore e polarizzazione (V430-AF) riducono la luce diffusa e i riflessi delle superfici lucide (Figura 4).

Figura 4: I diffusori e i filtri polarizzatori riducono i riflessi e la luce parassita per migliorare il contrasto e ridurre gli errori di lettura. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Collegamento del lettore di codici a barre

Il lettore di codici a barre V430-F dispone di due prese M12 e di diverse opzioni di collegamento (Figura 5). La presa di comunicazione consente a un PC host di leggere i dati decodificati via Ethernet/IP, TCP/IP o Profinet, di configurare e monitorare il lettore di codici a barre e di fornire alimentazione opzionale tramite PoE (modalità B). Il secondo connettore si collega a un controller a logica programmabile (PLC) per il controllo del processo e comprende un ingresso di attivazione, un'interfaccia RS-232 e tre segnali di commutazione I/O. È inoltre utilizzato per alimentare il dispositivo. La lettura dei dati decodificati, la configurazione e il monitoraggio del lettore di codici a barre possono essere eseguiti anche tramite il terminale RS-232 di V430-F.

Figura 5: Le opzioni di connettività del lettore di codici a barre V430-F includono Ethernet, linee di controllo I/O, RS-232 e linee di alimentazione. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Omron offre cavi Ethernet, I/O e RS-232 configurati per la serie V430 (V430-W). Quando si installa V430-F insieme a componenti periferici (come un fotosensore, una luce LED ausiliaria e un alimentatore), l'interfaccia 98-000103-02 funge da un utile punto di distribuzione a quattro vie.

Interfaccia utente di WebLink

Il server WebLink integrato con il lettore di codici a barre fornisce all'utente un'interfaccia grafica accessibile inserendo http://192.168.188.2 in un browser. Da qui, il progettista può controllare, monitorare, configurare e leggere V430-F.

Figura 6: V430-F può essere controllato, letto e configurato tramite l'interfaccia utente WebLink. (Immagine per gentile concessione di Omron)

La scheda <Start> contiene informazioni specifiche per tutti i lettori collegati ed è il punto di partenza per la creazione dei profili di configurazione. La scheda <Setup> visualizza importanti impostazioni di configurazione sulla sinistra, mentre l'area centrale mostra l'immagine della fotocamera e offre strumenti di elaborazione delle immagini per definire l'area di acquisizione del codice a barre. A destra, una finestra di uscita visualizza continuamente le parole di dati decodificate dei codici a barre, che possono anche essere tracciate tramite il terminale WebLink o lette tramite l'interfaccia RS-232.

Configurazione dei parametri

Per accelerare la decodifica, i progettisti possono delimitare con precisione l'area di rilevamento, definendo i tipi di codice previsti e impostando in modo ottimale gli algoritmi di elaborazione delle immagini. Possono anche modificare il formato di uscita della parola di dati decodificata e inserire, scambiare o estrarre caratteri.

Utilizzando i comandi K tramite la riga di comando del terminale o modificando direttamente i valori nella voce di menu <Advanced Settings> di WebLink, i progettisti possono configurare i parametri per le seguenti aree funzionali: Impostazione fotocamera, Comunicazioni, Ciclo di lettura, Simbologie, I/O, Qualità dei simboli, Stringa di corrispondenza, Diagnostica, Memorizzazione delle immagini e Database di configurazione.

Una volta realizzata la sezione della finestra di interesse (WOI) nell'area di visualizzazione della fotocamera, al suo interno vengono definite tutte le aree rilevanti per l'etichettatura del codice, denominate regione di interesse (ROI). È possibile configurare fino a dieci ROI con codice specifico nel database di configurazione. In modalità <Run> V430-F può passare da un set di parametri all'altro.

Diversi algoritmi speciali possono migliorare la scarsa qualità dei simboli e vengono configurati tramite la voce di menu <Advanced Decoding Parameters>:

• 2D Damaged Mode può decodificare simboli con allineamento della griglia distorto o errata registrazione delle celle. La Figura 7 in alto a sinistra ne mostra il funzionamento. La funzione può essere abilitata tramite il comando seriale <K567,1> (0/1 = disabilitato/abilitato).
• Attempt Morphology Manipulation applica la dilatazione o l'erosione della morfologia e tenta di decodificare. L'angolo superiore destro della Figura 7 mostra come aumenta la potenza del segnale e riduce il rumore. L'algoritmo viene abilitato tramite il comando seriale <K568,1>.

Figura 7: Gli algoritmi di elaborazione delle immagini, quali Damaged Mode, Morphology e Scale Up/Down, consentono di decodificare anche immagini di scarsa qualità. (Immagine per gentile concessione di Omron)

• Curved 2D è destinato a simboli Data Matrix e QR Code.
  Se il rapporto di lunghezza tra le linee rosse e verdi, mostrato nella Figura 8, è superiore a 20:1, si attiva l'algoritmo Curved 2D. La funzione viene abilitata tramite il comando seriale <K563,1>.

Figura 8: L'algoritmo di elaborazione delle immagini Curved 2D rileva automaticamente le etichette di codice curve e le rettifica prima della decodifica. (Immagine per gentile concessione di Omron)

• Symbol Quality produrrà valutazioni dettagliate con voti da A a F secondo la norma ISO/IEC 15416. Ogni singolo parametro può essere abilitato separatamente utilizzando il comando seriale <K726, aperture, overall, edge determination, decode, contrast, minimum reflectance, minimum edge contrast, modulation, defects, decodability, and quiet zone>. Il comando seriale <VAL4> risponde con un rapporto di testo che riassume la classificazione di ISO/IEC15416 (Tabella 1).

Tabella 1: Il comando seriale <VAL4> risponde con un rapporto di testo che riassume la classificazione di ISO/IEC15416. (Tabella per gentile concessione di Omron)

Conclusione

I lettori di codici a barre serie V430-F, compatti e basati su immagini, decodificano in modo affidabile un'ampia gamma di codici standard su superfici diverse e ad alta velocità in ambienti industriali difficili. Come si è spiegato, la potente elaborazione delle immagini integrata è facilmente configurabile tramite un browser, consentendo ai progettisti di mettere in funzione un lettore di codici a barre senza avere un'esperienza specifica nell'elaborazione delle immagini.