การใช้งานการติดตามและตรวจสอบย้อนกลับประสิทธิภาพสูงขนาดกะทัดรัด

นักออกแบบระบบอัตโนมัติในโรงงานและระบบติดตามสินค้าจำเป็นต้องมีเครื่องอ่านบาร์โค้ดแบบออปติคอลที่สามารถอ่านประเภทฉลากโค้ด เช่น การพิมพ์โดยใช้ความร้อน การสลักด้วยเลเซอร์ หรือดอทเมทริกซ์โลหะได้ โดยการถอดรหัสฉลากโค้ดที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วและหลากหลายบนสายพานลำเลียง ต้องใช้เครื่องอ่านที่มีการประมวลผลภาพที่มีความละเอียดสูงและมีเวลาล่าช้าต่ำ ซึ่งสามารถถอดรหัสบาร์โค้ดที่เสียหายหรือสกปรกได้อย่างแม่นยำ เครื่องอ่านจะต้องทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงแม้จะมีสภาพแสงที่ไม่เอื้ออำนวย การวางแนวฉลากที่คาดเดาไม่ได้ และรูปทรงของฉลากที่ไม่สม่ำเสมอ

เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้พร้อมกับเผชิญกับข้อจำกัดด้านต้นทุนและเวลา นักออกแบบในโรงงานอุตสาหกรรมสามารถใช้เครื่องอ่านบาร์โค้ดที่มีจำหน่ายทั่วไปที่สามารถกำหนดค่าได้อย่างง่ายดายเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานเป้าหมายที่หลากหลาย

บทความนี้จะอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับมาตรฐานบาร์โค้ดและข้อกำหนดของเครื่องอ่าน ก่อนที่จะแนะนำเครื่องอ่านบาร์โค้ดแบบรูปภาพที่เหมาะสมจาก Omron Automation and Safety ที่กำหนดค่าได้ง่ายหน้างาน และมีการใช้งานโมดูลตัวกรองและแสงสีต่าง ๆ โดยบทความนี้กล่าวถึงมาตรฐานโค้ดที่รองรับ การเดินสาย และวิธีการกำหนดค่าซอฟต์แวร์ของเครื่องอ่าน

ประเภทของมาตรฐานบาร์โค้ด

บาร์โค้ดมีหลายประเภท โดยแต่ละประเภทมีคุณสมบัติและข้อกำหนดเฉพาะตัว รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างบาร์โค้ดเชิงเส้น (1D), สัญลักษณ์เชิงเส้นแบบเรียงซ้อน, เมทริกซ์ (2D), และดอทโค้ด รวมถึงภาพถ่ายของการทำเครื่องหมายบนชิ้นส่วนโดยตรง (DPM) บนวัสดุที่แตกต่างกันซึ่งมีคุณภาพความคมชัดและความละเอียดที่แตกต่างกัน

รูปที่ 1: เครื่องอ่านโค้ดจำเป็นต้องรองรับโค้ดที่หลากหลาย รวมถึงบาร์โค้ดเชิงเส้น (1D), บาร์โค้ดเชิงเส้นแบบเรียงซ้อน, สัญลักษณ์เมทริกซ์ 2D, และสัญลักษณ์ดอทโค้ด (ด้านบน) DPM มีลักษณะความคมชัดและความละเอียดที่หลากหลาย (ด้านล่าง) (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

เมทริกซ์ 2 มิติทางด้านขวาของรูปที่ 2 แสดงโครงสร้างของโค้ด QR โดยมีเครื่องหมายอ้างอิงสี่เหลี่ยมสี่อันกำหนดการวางแนวการอ่านของฉลากโค้ด ในขณะที่แถบขาวดำสองแถบส่งสัญญาณนาฬิกาที่อ่าน โดยมากกว่าครึ่งหนึ่งของเซลล์มีคำข้อมูลผู้ใช้ ส่วนที่เหลือทำหน้าที่เป็นความซ้ำซ้อนสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาด

รูปที่ 2: โค้ด QR เพิ่มการแก้ไขข้อผิดพลาดตลอดจนเครื่องหมายอ้างอิงและนาฬิกาให้กับข้อมูล (ซ้าย) ซึ่งระดับการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ปรับได้สามารถสร้างพื้นที่ของโค้ดใหม่ที่หายไปได้ 7% ถึง 30% (ขวา) (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

หากสร้างโค้ด QR โดยใช้อัลกอริธึม Reed-Solomon การแก้ไขข้อผิดพลาดสามารถสร้างพื้นที่โค้ดใหม่ที่หายไปได้ 7% ถึง 30% ขึ้นอยู่กับระดับที่เลือก (รูปที่ 2 ขวา) ซึ่งตามมาตรฐาน ISO/IEC 24778 รหัส Aztec ซึ่งเป็นโค้ดดอทเมทริกซ์ 2D สำหรับการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัด สามารถอ่านได้ในทิศทางใดก็ได้ และระบุการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ปรับได้ 5% ถึง 95%

เครื่องอ่านบาร์โค้ดแบบใช้รูปภาพที่ผสานรวมการประมวลผลภาพ

ตัวอย่างที่ดีของการที่เครื่องอ่านมีความก้าวหน้าและมีความสามารถคือ เครื่องอ่านบาร์โค้ด MicroHAWK ขนาดกะทัดรัดซีรีส์ V430-F ของ Omron โดยเครื่องอ่านนี้สามารถอ่านบาร์โค้ดที่หลากหลายบนพื้นผิวต่างๆ ในสภาพแวดล้อมโรงงานที่ท้าทายได้อย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งมีการใช้อัลกอริธึมการแก้ไขข้อผิดพลาดอันทรงพลังเพื่อถอดรหัสสัญลักษณ์ที่เสียหายและไม่สมบูรณ์ด้วยความเร็วสูงสุด 60 เฟรมต่อวินาที (fps) เลนส์ขั้นสูงผสมผสานเซ็นเซอร์ภาพขาวดำหรือสีที่มีความละเอียดสูงสุด 5 ล้านพิกเซล (MP) และตัวเลือกโฟกัสคงที่หรือโฟกัสอัตโนมัติต่างๆ

V430-F000L12M-SRX เป็นเครื่องอ่านบาร์โค้ดขาวดำมีความละเอียด 1280 x 960 พิกเซล (1.2 MP) (ภาพที่ 3) ประกอบด้วยเลนส์ออโต้โฟกัสที่มีระยะชัดลึก 1160 มิลลิเมตร (มม.) ไฟสปอตไลท์ LED สีแดง 8 ดวง และตัวประมวลผลภาพ 800 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ทั้งหมดนี้รวมอยู่ในแพ็คเกจขนาด 44.5 (กว้าง) x 25.5 (สูง) x 56.9 (ลึก) มม.

รูปที่ 3: ภาพที่แสดงคือเครื่องอ่านบาร์โค้ด V430-F000L12M-SRX พร้อมไฟส่องสว่างในตัว (ซ้าย) และขยายด้วยวงแหวน LED และโมดูลกระจายแสง (ขวา) (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

เครื่องอ่าน V430-F มีระดับ IP67 และสามารถติดตั้งและกำหนดค่าที่ไซต์งานในพื้นที่การผลิตทางอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย การประมวลผลภาพออนบอร์ดตรวจจับโค้ด 1D, 2D และดอทเมทริกซ์ และตรวจจับ DPM ในสภาพคอนทราสต์ต่ำ โดยอัลกอริธึมการประมวลผลข้อผิดพลาดและรูปภาพสามารถถอดรหัสป้ายกำกับโค้ดที่เสียหาย สกปรก เบลอ หรือบิดเบี้ยว และส่งออกเป็นข้อความ ASCII ธรรมดา

คุณสมบัติที่สำคัญบางประการของตระกูล V430-F ได้แก่:

• รองรับมาตรฐานโค้ด:
  • ISO/IEC 15415: DataMatrix (ECC200, GS1), โค้ด QR, ไมโคร QR
  • ISO/IEC TR 29158: DataMatrix (ECC200, GS1)
  • ISO/IEC 15416: Code 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, Code 39, Code 93, Codabar
  • ISO/IEC 16022: DataMatrix (ECC200, GS1)
• ความละเอียดสามตัวเลือก:
  • 752 x 480 (0.3 MP) หรือ 1280 x 960 (1.2 MP) ขาวดำ และ 2592 x 1944 (5.0 MP) แบบสี
• โฟกัสอัตโนมัติ 50 ถึง 300 มม., โฟกัสอัตโนมัติ 75 ถึง 1200 มม. และโฟกัสคงที่
• ความยาวโฟกัส: มุมกว้าง กลาง หรือแคบ/ยาว
• รอบการอ่าน 32 มิลลิวินาที (ms) ที่สูงสุด 60 fps
• แหล่งจ่ายไฟ 5 ถึง 30 โวลต์, Power over Ethernet (PoE) (โหมด B) ที่เป็นอุปกรณ์เสริม และการใช้กระแสไฟ 180 มิลลิแอมแปร์ (mA) ที่ 24 โวลต์
• พอร์ตควบคุมอินพุต/เอาท์พุต (I/O) สามพอร์ตที่แยกออกจากกันโดยออปโตคัปเปลอร์
• การสื่อสารผ่าน RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP หรือ Profinet
• การเชื่อมต่อแบบเดซี่เชนกับตัวอ่านสูงสุดแปดตัว
• ส่วนต่อประสานกราฟิกกับผู้ใช้ (GUI) ของ WebLink สำหรับการกำหนดค่าและการตรวจสอบบนเบราว์เซอร์

รุ่น V430-F000W12M-SRP ใช้เลนส์มุมกว้างและมีโหมด Plus ในเฟิร์มแวร์การประมวลผลภาพแทนการแก้ไขข้อผิดพลาด X-Mode โดยโหมด Plus เหมาะสำหรับโค้ดที่มีความคมชัดสูง เช่น ป้ายกำกับ ในขณะที่อัลกอริธึมการวางตำแหน่ง การวิเคราะห์ และการสร้างสัญลักษณ์เชิงรุกของ X-Mode ทำให้เหมาะสำหรับป้ายกำกับทั้งหมด รวมถึงโค้ดเกรดการพิมพ์ต่ำและ DPM อุปกรณ์ซีรีส์ F430 มีฟังก์ชันคู่ ซึ่งหมายความว่าสามารถทำงานพร้อมกันทั้งเครื่องอ่านบาร์โค้ดและระบบตรวจสอบด้วยภาพ

โมดูลเสริมปรับปรุงความคมชัด

ซีรีส์ F430 มาพร้อมกับตัวเลือกที่หลากหลายเพื่อให้เหมาะกับการใช้งาน เช่น โมดูลเสริมที่ติดตั้งได้ง่าย เช่น ไฟ LED วงแหวน (V430-AL) สีแดง สีขาว สีน้ำเงิน หรือ IR จำนวน 8 หรือ 24 ดวงจะช่วยเพิ่มช่วงความคมชัดของเครื่องอ่านบาร์โค้ด นอกจากนี้ ฟิลเตอร์และตัวกระจายสีและโพลาไรเซชัน (V430-AF) ลดแสงจ้าและแสงสะท้อนจากพื้นผิวมัน (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: ตัวกระจายแสงและฟิลเตอร์โพลาไรซ์ช่วยลดแสงสะท้อนและแสงเล็ดลอดเพื่อปรับปรุงความคมชัดและลดข้อผิดพลาดในการอ่าน (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

การเชื่อมต่อเครื่องอ่านบาร์โค้ด

เครื่องอ่านบาร์โค้ด V430-F มีช่องเสียบ M12 สองช่องและตัวเลือกการเชื่อมต่อที่หลากหลาย (รูปที่ 5) ช่องเสียบสำหรับการสื่อสารช่วยให้โฮสต์พีซีสามารถอ่านข้อมูลที่ถอดรหัสผ่านอีเทอร์เน็ต/IP, TCP/IP หรือ Profinet กำหนดค่าและตรวจสอบเครื่องอ่านบาร์โค้ด และอาจจ่ายไฟผ่าน PoE (โหมด B) ได้อีกด้วย ปลั๊กตัวที่สองเชื่อมต่อกับตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) สำหรับการควบคุมกระบวนการ และมีอินพุตทริกเกอร์ อินเทอร์เฟซ RS-232 และสัญญาณสวิตช์ I/O สามสัญญาณ นอกจากนี้ยังใช้จ่ายไฟให้กับ V430-F อีกด้วย การอ่านข้อมูลที่ถอดรหัส การกำหนดค่า และการตรวจสอบเครื่องอ่านบาร์โค้ดสามารถทำได้ผ่านเทอร์มินัล RS-232 ของ V430-F

รูปที่ 5: ตัวเลือกการเชื่อมต่อเครื่องอ่านบาร์โค้ด V430-F ประกอบด้วยอีเทอร์เน็ต, สายควบคุม I/O, RS-232 และสายจ่ายไฟ (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

Omron นำเสนอสายเคเบิลอีเทอร์เน็ต, I/O และ RS-232 ที่กำหนดค่าไว้สำหรับซีรีส์ V430 (V430-W) เมื่อติดตั้ง V430-F ร่วมกับส่วนประกอบต่อพ่วง (เช่น โฟโตเซ็นเซอร์ ไฟ LED เสริม และแหล่งจ่ายไฟ) โดย 98-000103-02 อินเทอร์เฟซมีจุดกระจายสี่ทางที่มีประโยชน์

ส่วนติดต่อผู้ใช้ของ WebLink

เซิร์ฟเวอร์ WebLink ที่รวมเข้ากับเครื่องอ่านบาร์โค้ดช่วยให้ผู้ใช้มี GUI ที่ถูกเรียกขึ้นมาโดยการป้อน http://192.168.188.2 ลงในเบราว์เซอร์ ซึ่งผู้ออกแบบสามารถควบคุม ตรวจสอบ กำหนดค่า และอ่านค่า V430-F ได้

รูปที่ 6: สามารถควบคุม อ่าน และกำหนดค่า V430-F ผ่านทางอินเทอร์เฟซผู้ใช้ WebLink (ที่มาของภาพ: Omron)

แท็บ <Start> ประกอบด้วยข้อมูลเฉพาะรุ่นสำหรับผู้อ่านที่เชื่อมต่อทั้งหมด และเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการสร้างโปรไฟล์การกำหนดค่า แท็บ <Setup> จะแสดงการตั้งค่าการกำหนดค่าที่สำคัญทางด้านซ้าย ในขณะที่พื้นที่ตรงกลางจะแสดงภาพของกล้องและมีเครื่องมือประมวลผลภาพเพื่อกำหนดพื้นที่การตรวจจับบาร์โค้ด ทางด้านขวา หน้าต่างเอาต์พุตจะแสดงคำข้อมูลบาร์โค้ดที่ถอดรหัสอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสามารถติดตามผ่านเทอร์มินัล WebLink หรืออ่านผ่านอินเทอร์เฟซ RS-232 ได้เช่นกัน

กำหนดค่าพารามิเตอร์

เพื่อการถอดรหัสรวดเร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นักออกแบบสามารถกำหนดขอบเขตพื้นที่การตรวจจับได้อย่างแม่นยำ กำหนดประเภทโค้ดที่คาดหวัง และตั้งค่าอัลกอริธึมการประมวลผลภาพอย่างเหมาะสมที่สุด นอกจากนั้นยังสามารถแก้ไขรูปแบบเอาต์พุตของคำข้อมูลที่ถอดรหัสแล้วแทรก สลับ หรือแยกอักขระได้

การใช้คำสั่ง K ผ่านทางคำสั่งของเทอร์มินัลหรือโดยการเปลี่ยนค่าโดยตรงในรายการเมนู <Advanced Settings> ใน WebLink ทำให้นักออกแบบสามารถกำหนดค่าพารามิเตอร์สำหรับขอบเขตการทำงานต่อไปนี้: การตั้งค่ากล้อง, การสื่อสาร, รอบการอ่าน, สัญลักษณ์, I/O, คุณภาพของสัญลักษณ์, สตริงที่ตรงกัน, การวินิจฉัย, การจัดเก็บภาพ, และฐานข้อมูลการกำหนดค่า

เมื่อส่วนที่สนใจ (WOI) ถูกสร้างขึ้นในพื้นที่มุมมองกล้อง พื้นที่ป้ายรหัสที่เกี่ยวข้องทั้งหมดซึ่งเรียกว่าพื้นที่ที่สนใจ (ROI) จะถูกกำหนดไว้ภายใน สามารถกำหนดค่า ROI ดังกล่าวได้สูงสุดสิบรายการโดยใช้รหัสเฉพาะในฐานข้อมูลการกำหนดค่า โหมด <Run> ทำให้ V430-F สามารถสลับระหว่างชุดพารามิเตอร์เหล่านี้ได้

อัลกอริธึมพิเศษต่างๆ สามารถปรับปรุงคุณภาพสัญลักษณ์ที่ไม่ดีและกำหนดค่าผ่านทางรายการเมนู <Advanced Decoding Parameters>:

• โหมดความเสียหาย 2D สามารถถอดรหัสสัญลักษณ์ที่มีการจัดแนวตารางที่บิดเบี้ยวหรือเซลล์ไม่ถูกต้อง รูปที่ 7 ที่มุมซ้ายบนแสดงวิธีการทำงาน สามารถเปิดใช้งานคุณสมบัตินี้ได้ผ่านคำสั่งอนุกรม (0/1 = ปิดใช้งาน/เปิดใช้งาน)
• ความพยายามจัดการรูปแบบ ใช้การขยายหรือตัดลดรูปแบบและพยายามถอดรหัส มุมขวาบนของรูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่าจะเพิ่มความแรงของสัญญาณและลดสัญญาณรบกวนได้อย่างไร อัลกอริทึมถูกเปิดใช้งานผ่านคำสั่งอนุกรม <K568,1>

รูปที่ 7: อัลกอริธึมการประมวลผลภาพ เช่น โหมดความเสียหาย รูปแบบ และการขยายขนาด/ลดขนาด ทำให้สามารถถอดรหัสได้แม้กระทั่งคุณภาพของภาพที่ไม่ดี (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

• Curved 2D ได้รับการออกแบบมาสำหรับ Data Matrix และโค้ด QR
  หากอัตราส่วนความยาวระหว่างเส้นสีแดงและสีเขียวดังแสดงในรูปที่ 8 มากกว่า 20:1 อัลกอริธึม Curved 2D จะถูกเปิดใช้งาน ฟังก์ชั่นนี้เปิดใช้งานผ่านคำสั่งอนุกรม <K563,1>

รูปที่ 8: อัลกอริธึมการประมวลผลภาพ Curved 2D จะตรวจจับฉลากโค้ดโค้งโดยอัตโนมัติและแก้ไขก่อนถอดรหัส (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

• คุณภาพของโค้ด จะแสดงการประเมินโดยละเอียดในเกรดตั้งแต่ A ถึง F ตามมาตรฐาน ISO/IEC 15416 สามารถเปิดใช้งานพารามิเตอร์แต่ละตัวแยกกันได้โดยใช้คำสั่งอนุกรม <K726, รูรับแสง, โดยรวม, การกำหนดขอบ, การถอดรหัส, คอนทราสต์, การสะท้อนแสงขั้นต่ำ, คอนทราสต์ของขอบขั้นต่ำ, การมอดูเลต, ข้อบกพร่อง, ความสามารถในการถอดรหัส,และ เขตปลอดสัญญาณ>โดยคำสั่งอนุกรม <VAL4> ตอบกลับด้วยรายงานข้อความที่สรุปการจัดเกรดของ ISO/IEC15416 (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1: คำสั่งอนุกรม <VAL4> ตอบกลับด้วยรายงานข้อความที่สรุปการจัดเกรดของ ISO/IEC15416 (แหล่งที่มาตาราง: Omron)

สรุป

เครื่องอ่านบาร์โค้ดซีรีส์ V430-F แบบใช้รูปภาพขนาดกะทัดรัดสามารถถอดรหัสมาตรฐานโค้ดที่หลากหลายได้อย่างน่าเชื่อถือบนพื้นผิวที่แตกต่างกันและด้วยความเร็วสูงในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายของโรงงาน ดังที่แสดงไว้ การประมวลผลภาพแบบบูรณาการอันทรงพลังได้รับการกำหนดค่าผ่านเบราว์เซอร์ ช่วยให้นักออกแบบสามารถติดตั้งและรันเครื่องอ่านบาร์โค้ดได้โดยไม่ต้องมีประสบการณ์พิเศษในการประมวลผลภาพ