מימוש מעקב ועקיבות קומפקטיים עם ביצועים עיליים

מתכנני אוטומציה מפעלית ומערכות מעקב אחר סחורות זקוקים לקוראי ברקוד אופטיים שיכולים לקרוא סוגי תוויות קוד כגון הדפסה תרמית, חריטת לייזר או מטריצת נקודות מתכת. פענוח תוויות קוד משתנות הנעות במהירות על גבי מסועים מצריך קוראים בעלי עיבוד תמונה עם שיהוי Latency)‎) נמוך ורזולוציה גבוהה שיכולים לפענח במדויק ברקודים פגומים או מלוכלכים. על הקוראים להיות בעלי ביצועים מהימנים בתנאי סביבה קשים למרות תנאי תאורה קשים, כיוון תוויות בלתי צפוי וגאומטריית תוויות לא-אחידה.

כדי לתת מענה לצרכים אלה תוך עמידה במגבלות עלות וזמן, מתכנני מפעלים תעשייתיים יכולים להשתמש בקוראי ברקוד מן-המדף הניתנים להגדרה בקלות כדי להתאים למגוון רחב של יישומי יעד.

מאמר זה דן בקצרה בתקני ברקוד ובדרישות עבור הקוראים לפני הצגת קוראי ברקוד מבוססי תמונה מתאימים של Omron Automation and Safety‏ ניתנים-להגדרה בשטח ונתמכים על ידי מודולי אור ומסננים בצבעים שונים. המאמר דן בתקני קוד נתמכים, התקנת כבלים ואופן הגדרת תוכנת הקוראים.

סוגי תקני ברקוד

ישנם סוגים רבים של ברקודים, כל אחד עם המאפיינים והדרישות הייחודיות לו. איור 1 מציג דוגמאות של ברקודים לינאריים (חד-ממדיים), סימבולים לינאריים מגובבים, מטריצות (דו-ממדיים) וסמלי קוד-נקודות, כמו גם תמונות של סימון חלקים ישיר (DPM) על חומרים שונים עם איכויות ניגודיות ורזולוציה שונות.

איור 1: על קוראי קוד לתמוך במגוון של קודים, כולל ברקודים לינאריים (חד-ממדיים), ברקודים לינאריים מגובבים, סימבולי מטריצות דו-ממדיים וסימבולי קוד-נקודות (למעלה). לסימוני DPM יש תכונות ניגודיות ורזולוציה שונות (למטה). (מקור התמונה: Omron)

המטריצה הדו-ממדית בצד שמאל של איור 2 ממחישה את המבנה של קוד QR: ארבעה סימוני ייחוס מרובעים מגדירים את כיוון הקריאה של תווית הקוד, בעוד שני פסי זברה מציינים את שעון הקריאה. יותר ממחצית מהתאים מכילים את מילת נתוני המשתמש; השאר משמשים כיתירות עבור תיקון שגיאות.

איור 2: קוד ה-QR מוסיף תיקון שגיאות וכן סימני ייחוס ושעון למילת הנתונים (משמאל). רמות תיקון שגיאות מתכווננות יכולות לשחזר 7% עד 30% משטח הסימבול האבוד (מימין). (מקור התמונה: Omron)

אם סימבול קוד ה-QR נוצר באמצעות אלגוריתם ריד-סולומון, תיקון השגיאות יכול לשחזר 7% עד 30% משטח הסימבול האבוד, בהתאם לרמה שנבחרה (איור 2, מימין). לפי תקן ISO/IEC 24778‏, Aztec Code‏, קוד מטריצת נקודות דו-ממדי עבור יישומים מוגבלי מקום, ניתן לקריאה מכל כיוון ומציין תיקון שגיאות מתכוונן של 5% עד 95%.

קורא ברקוד מבוסס תמונה המשלב עיבוד תמונה

דוגמה טובה לאופן שבו הפכו קוראים למתקדמים ובעלי יכולות היא סדרת קוראי הברקוד V430-F‏ MicroHAWK‏ הקומפקטית של Omron. קוראים אלו יכולים לקרוא באופן אמין ברקודי מטריצה מגוונים על מגוון של משטחים בסביבות מאתגרות במפעל. הם משתמשים באלגוריתמים רבי עוצמה לתיקון שגיאות כדי לפענח סימבולים פגומים ולא שלמים במהירויות של עד 60 פריימים-לשנייה (fps). אופטיקה מתקדמת משלבת חיישני תמונה מונוכרום או צבעוניים עם רזולוציה של עד 5 מגה פיקסל (MP) ואפשרויות מיקוד אוטומטי או קבוע שונות.

קורא ברקוד מונוכרום V430-F000L12M-SRX מתאפיין ברזולוציה של 1280 × 960 פיקסלים (‎1.2 MP) (איור 3). הוא משלב עדשת מיקוד אוטומטי עם עומק שדה של 1160 מילימטר (מ"מ), שמונה נורות LED זרקור אדומות ומעבד תמונה של 800 מגה-הרץ (MHz), הכול במארז בגודל 44.5 (רוחב) × 25.5 (גובה) × 56.9 (עומק) מ"מ.

איור 3: מוצג קורא הברקוד V430-F000L12M-SRX עם תאורה משולבת (משמאל), ומורחב עם טבעת נורות LED ומודול מפזר (מימין). (מקור התמונה: Omron)

קורא V430-F מדורג ל-IP67 וניתן להתקין ולהגדיר אותו בקלות באתר בשטחי ייצור תעשייתיים. עיבוד תמונה מובנה קולט קודים חד-ממדיים, דו-ממדיים ומטריצות נקודות, ומזהה סימוני DPM בתנאי ניגודיות ירודים. אלגוריתמי השגיאות ועיבוד התמונה שלו יכולים לפענח תוויות קוד פגומות, מלוכלכות, מטושטשות או מעוותות ולהוציא אותן כטקסט ASCII פשוט.

כמה מאפיינים חשובים של משפחת V430-F כוללים:

• תמיכה בתקני קוד:
  • ISO/IEC 15415‏: DataMatrix‏ (ECC200‏, GS1‏), QR Code‏, Micro QR
  • ISO/IEC TR 29158‏: DataMatrix‏ (ECC200‏, GS1)
  • ISO/IEC 15416: קוד ‎128/GS1-12‏, UPC/EAN (JAN)‎‏, ITF, קוד 39, קוד 93, Codabar
  • ISO/IEC 16022‏: DataMatrix‏ (ECC200‏, GS1)
• שלוש אפשרויות רזולוציה:
  • מונוכרום 752 × 480 (‎0.3 MP) או 1280 × 960 (‎1.2 MP), וצבע 2592 × 1944 (‎5.0 MP)
• מיקוד אוטומטי של 50 עד 300 מ"מ, מיקוד אוטומטי של 75 עד 1200 מ"מ ומיקוד קבוע
• אורך מוקד: זווית רחבה, בינונית, או צרה/ארוכה
• מחזור קריאה של 32 מילישניות (ms) ועד 60 פריימים לשנייה
• הספקת-כוח של 5 עד 30 וולט, Power over Ethernet‏ (PoE) אופציונלי (אופן B), וצריכת זרם של 180 מיליאמפר (mA) ב-24 וולט
• שלוש יציאות בקרת כניסה/יציאה (I/O) המבודדות על ידי מצמד אופטי
• תקשורת דרך RS-232‏, TCP/IP‏, Ethernet/IP או Profinet
• שרשור Daisy-Chain של עד שמונה קוראים
• ממשק משתמש גרפי (GUI) של WebLink עבור הגדרת-תצורה וניטור מבוססי-דפדפן

גרסת V430-F000W12M-SRP משתמשת בעדשה רחבה ומציעה תיקון שגיאות Plus Mode בקושחת עיבוד התמונה שלה במקום X-Mode. Plus Mode מתאים לקודים בעלי ניגודיות גבוהה כגון תוויות, בעוד שהאלגוריתמים האגרסיביים של מיקום הסימבולים, הניתוח והשחזור של X-Mode הופכים אותו למתאים לכל התוויות, כולל קודים בדרגת הדפסה נמוכה ו-DPM. התקני סדרת F430 הם בעלי פונקציה כפולה, כלומר הם יכולים לפעול בו זמנית כקורא ברקוד וכמערכת בדיקה חזותית.

מודולי תוספים משפרים את הניגודיות

סדרת F430 מגיעה עם מגוון אפשרויות שיתאימו ליישום. לדוגמה, מודולי תוספים קלים להתקנה כגון תאורה טבעתית (V430-AL ) עם שמונה או 24 נורות LED באדום, לבן, כחול או אינפרה-אדום מרחיבים את תחום הניגודיות של קורא הברקוד. בנוסף, מסנני צבע, מסנני קיטוב ומפזרים (V430-AF) מפחיתים אור תועה וסנוור ממשטחים מבריקים (איור 4).

איור 4: מפזרים ומסננים מקטבים מפחיתים החזרות ואור תועה כדי לשפר את הניגודיות ולהפחית שגיאות קריאה. (מקור התמונה: Omron)

חיבור קורא הברקוד

לקורא הברקוד V430-F יש שני שקעי M12 ומספר אפשרויות חיבור (איור 5). שקע התקשורת מאפשר למחשב מארח לקרוא את הנתונים המפוענחים באמצעות Ethernet/IP‏, TCP/IP או Profinet, להגדיר ולנטר את קורא הברקוד, ואופציונלית לספק כוח באמצעות PoE (אופן B). התקע השני מתחבר לבקר לוגיקה ניתן לתכנות (PLC) לבקרת תהליכים וכולל כניסת טריגר, ממשק RS-232 ושלושה אותות מיתוג I/O. הוא משמש גם להספקת כוח ל-V430-F. קריאת הנתונים המפוענחים, התצורה והניטור של קורא הברקוד יכולה להתבצע גם דרך הדק ה-RS-232 של ה-V430-F.

איור 5: אפשרויות החיבוריות של קורא הברקוד V430-F כוללות Ethernet, קווי בקרת I/O‏, RS-232 וקווי הספקת-כוח. (מקור התמונה: Omron)

Omron מציעה כבלי Ethernet‏, I/O ו-RS-232 מוגדרי-תצורה עבור סדרת V430‏ (V430-W). בעת התקנת ה-V430-F בשילוב עם רכיבים היקפיים (כגון חיישן אור, תאורת LED עזר וספק כוח), ממשק ה-98-000103-02 מספק נקודת פילוג שימושית לארבעה דרכים.

ממשק המשתמש WebLink

שרת ה-WebLink המשולב עם קורא הברקוד מספק למשתמש ממשק גרפי (GUI) המופיע על ידי הזנת http://192.168.188.2 לדפדפן. מכאן, המתכנן יכול לבקר, לנטר, להגדיר ולקרוא את ה-V430-F.

איור 6: ניתן לבקר, לקרוא ולהגדיר את ה-V430-F באמצעות ממשק המשתמש של WebLink. (מקור התמונה: Omron)

הלשונית <Start> (התחלה) מכילה מידע ספציפי לדגם עבור כל הקוראים המחוברים ומהווה את נקודת ההתחלה ליצירת פרופילי תצורה. הלשונית <Setup> (הגדרות) מציגה הגדרות תצורה חשובות בצד שמאל, בעוד שהאזור האמצעי מציג את תמונת המצלמה ומציע כלים לעיבוד תמונה להגדרת אזור הצילום של הברקוד. בצד ימין, חלון היציאות מציג ברציפות מילות נתוני ברקוד מפוענחות, שניתן לעקוב אחריהן גם באמצעות הדק ה-WebLink או לקרוא אותן באמצעות ממשק ה-RS-232.

פרמטרי הגדרת התצורה

כדי להאיץ משמעותית את הפענוח, המתכננים יכולים לתחום במדויק את אזור הגילוי, להגדיר את סוגי הקוד הצפויים ולהגדיר בצורה אופטימלית את אלגוריתמי עיבוד התמונה. הם יכולים גם לשנות את פורמט היציאה של מילת הנתונים המפוענחת ולהכניס, להחליף או להוציא תווים.

באמצעות שימוש בפקודות K דרך שורת הפקודה של המסוף או על ידי שינוי ישיר של ערכים בפריט התפריט של ה-WebLink‏ <Advanced Settings> (הגדרות מתקדמות), המתכננים יכולים להגדיר פרמטרים עבור התחומים הפונקציונליים הבאים: הגדרת מצלמות, תקשורת, מחזור קריאה, סימבולים, כניסות/יציאות, איכות הסימבולים, מחרוזת תיאום, אבחון, אחסון תמונות, ובסיס נתוני תצורה.

לאחר יצירת מקטע החלון המעניין (WOI‏) בתחום הצפייה במצלמה, כל אזורי תוויות הקוד הרלוונטיים, המכונים האזור המעניין (ROI), מוגדרים בתוכו. ניתן להגדיר עד עשרה אזורים מעניינים כאלה באופן ספציפי לקוד בבסיס הנתונים של התצורה. במצב <Run> (פעולה), ה-V430-F יכול לעבור בין מערכי הפרמטרים הללו.

אלגוריתמים מיוחדים שונים יכולים לשפר איכות סימבולים ירודה והם מוגדרים באמצעות פריט התפריט <Advanced Decoding Parameters> (פרמטרי פענוח מתקדמים):

• 2D Damaged Mode (אופן דו-ממדי פגום) יכול לפענח סימבולים עם יישור סריג מעוות או רישום תאים לא-תקינים. איור 7 בפינה השמאלית העליונה מציג את אופן הפעולה שלו. ניתן להפעיל את הכלי באמצעות הפקודה הטורית <K567,1‏> (0/1 = מושבת/מאופשר).
• Attempt Morphology Manipulation (ניסיון מניפולציית מורפולוגיה) מיישם הרחבה או שחיקה מורפולוגיות ומנסה לפענח. הפינה הימנית העליונה של איור 7 מציגה כיצד הכלי מגביר את עוצמת האות ומפחית את הרעש. האלגוריתם מופעל באמצעות הפקודה הטורית <K568,1>.

איור 7: אלגוריתמים לעיבוד תמונה כגון Damaged Mode (מצב פגום), Morphology (מורפולוגיה) ו-Scale Up/Down (הגדלה/הקטנה) מאפשרים לפענח אפילו איכות תמונה ירודה. (מקור התמונה: Omron)

• Curved 2D (דו-ממדי מעוקל) מיועד לסימבולי מטריצת נתונים וקוד QR.
  אם יחס האורכים בין הקו האדום לירוק, כמוצג באיור 8, גדול מ-20:1, יופעל האלגוריתם Curved 2D (דו-ממדי מעוקל). הפונקציה מופעלת באמצעות הפקודה הטורית <K563,1>.

איור 8: אלגוריתם עיבוד התמונה Curved 2D (דו-ממדי מעוקל) מזהה אוטומטית תוויות קוד מעוקלות ומתקן אותן לפני הפענוח. (מקור התמונה: Omron)

• Symbol Quality (איכות הסימבול) יוציא הערכות מפורטות לפי דרגות מ-A עד F לפי תקן ISO/IEC 15416. ניתן לאפשר כל פרמטר בודד בנפרד באמצעות הפקודה הטורית <K726, aperture, overall, edge determination, decode, contrast, minimum reflectance, minimum edge contrast, modulation, defects, decodability, and quiet zone>‏ (מפתח, כללי, קביעת קצה, פענוח, ניגודיות, החזרות מינימלית, ניגודיות קצה מינימלית, אפנון, פגמים, יכולת פענוח, ואזור שקט>.מענה הפקודה הטורית <VAL4> הוא דוח טקסט המסכם את הדירוג של תקן ISO/IEC15416‏ (טבלה 1).

טבלה 1: מענה הפקודה הטורית <VAL4> הוא דוח טקסט המסכם את הדירוג של ISO/IEC15416. (מקור הטבלה: Omron)

סיכום

קוראי הברקוד הקומפקטיים ומבוססי התמונה מסדרת V430-F מפענחים באופן אמין מגוון רחב של תקני קוד על משטחים שונים ובמהירויות גבוהות בסביבות מאתגרות במפעל. כפי שהוצג, עיבוד תמונה משולב רב-עוצמה מוגדר בקלות באמצעות דפדפן, דבר המאפשר למתכננים להתחיל להפעיל את קורא הברקוד ללא ניסיון מיוחד בעיבוד תמונה.