콤팩트한 고성능 추적 및 추적 가능성 구현

공장 자동화 및 제품 추적 시스템 설계자들은 감열식 인쇄, 레이저 조각 또는 금속 도트 매트릭스와 같은 코드 레이블 유형을 판독할 수 있는 광학 바코드 판독기가 필요합니다. 컨베이어 벨트에서 빠르게 움직이는 다양한 코드 레이블을 디코딩하려면 손상되거나 더러워진 바코드를 정확하게 디코딩할 수 있으며 대기 시간이 짧은 고해상도 이미지 처리 기능을 갖춘 판독기가 필요합니다. 판독기는 열악한 조명 조건, 예측할 수 없는 레이블 방향, 균일하지 않은 레이블의 기하학적 구조와 같은 열악한 환경에서도 안정적으로 작동해야 합니다.

비용과 시간 제약을 충족하면서 이러한 요구를 충족하기 위해 산업 현장 설계자는 다양한 대상 응용 분야에 적합하도록 쉽게 구성할 수 있는 기성 바코드 판독기를 사용할 수 있습니다.

이 기사에서는 바코드 표준과 판독기 요구 사항을 간략하게 설명한 다음, 현장에서 쉽게 구성되고 다양한 색의 조명과 필터 모듈로 지원되는 Omron Automation and Safety의 적합한 이미지 기반 바코드 판독기를 소개합니다. 또한, 지원되는 코드 표준, 케이블, 판독기 소프트웨어를 구성하는 방법을 설명합니다.

바코드 표준 유형

바코드에는 다양한 유형이 있으며 각 유형마다 고유한 기능과 요구 사항이 있습니다. 그림 1은 선형(1D) 바코드, 스택형 선형, 매트릭스(2D), 도트 코드 기호의 예와 명암 및 해상도 품질이 다른 여러 소재의 DPM(Direct Part Marking) 사진을 보여줍니다.

그림 1: 코드 판독기는 선형(1D) 바코드, 스택형 선형 바코드, 2D 매트릭스 기호, 도트 코드 기호(위) 등 다양한 코드를 지원해야 합니다. DPM에는 다양한 명암 및 해상도 특징이 있습니다(아래). (이미지 출처: Omron)

그림 2의 오른쪽에 있는 2D 매트릭스는 QR 코드의 구조를 보여줍니다. 이 구조에서 4개의 정사각형 레퍼런스 표시는 코드 레이블의 판독 방향을 정의하며 2개의 얼룩 줄무늬는 판독 클록을 나타냅니다. 셀의 절반 이상에는 사용자 데이터 단어가 포함되며 나머지는 오류 수정을 위한 중복 역할을 합니다.

그림 2: QR 코드는 레퍼런스와 클록 표시 및 오류 수정을 데이터 단어에 추가합니다(왼쪽). 가변 오류 수정 수준은 손실된 기호 영역의 7% ~ 30%를 재구성할 수 있습니다(오른쪽). (이미지 출처: Omron)

Reed-Solomon 알고리즘을 사용하여 QR 코드 기호가 생성되면 선택한 수준에 따라 오류 수정을 통해 손실된 기호 영역의 7% ~ 30%를 재구성할 수 있습니다(그림 2, 오른쪽). ISO/IEC 24778에 따르면 공간 집약적 응용 제품용 2D 도트 매트릭스 코드인 Aztec 코드는 모든 방향에서 읽을 수 있으며 가변 오류 수정을 5% ~ 95%로 지정합니다.

이미지 처리를 통합하는 이미지 기반 바코드 판독기

Omron의 콤팩트한 MicroHAWK V430-F 계열 바코드 판독기는 판독기의 발전 및 기능의 정도를 잘 보여주는 좋은 예입니다. 이러한 판독기는 열악한 공장 환경에서 여러 표면 위의 다양한 매트릭스 바코드를 안정적으로 판독할 수 있습니다. 강력한 오류 수정 알고리즘을 사용하여 손상되거나 불완전한 기호를 최대 60fps의 속도로 디코딩할 수도 있습니다. 고급 광학기에는 모노크롬 또는 컬러 이미지 센서와 최대 5MP 해상도 및 여러 고정 또는 자동 초점 옵션이 결합되어 있습니다.

V430-F000L12M-SRX 모노크롬 바코드는 해상도가 1280픽셀 x 960픽셀입니다(그림 3). 44.5mm(W) x 25.5mm(H) x 56.9mm(D) 크기의 패키지에 1160mm 피사계 심도, 8개의 빨간색 스포트라이트 LED와 800MHz 이미지 프로세서가 모두 통합되어 있는 자동 초점 렌즈입니다.

그림 3: 조명이 통합되어 있고(왼쪽) LED 링과 확산기 모듈로 확장된(오른쪽) V430-F000L12M-SRX 바코드 판독기를 보여줍니다. (이미지 출처: Omron)

V430-F 판독기는 IP67 등급이며 산업 생산 영역의 현장에서 쉽게 설치 및 구성할 수 있습니다. 온보드 이미지 처리는 1D, 2D 및 도트 매트릭스 코드를 캡처하고 명암이 불량한 상황에서 DPM을 감지합니다. 오류 및 이미지 처리 알고리즘은 손상되거나 더럽거나 흐리거나 왜곡된 코드 레이블을 디코딩하여 일반 ASCII 텍스트로 출력할 수 있습니다.

V430-F 제품군의 몇 가지 중요한 기능은 다음과 같습니다.

• 코드 표준 지원:
  • ISO/IEC 15415: DataMatrix (ECC200, GS1), QR 코드, 마이크로 QR
  • ISO/IEC TR 29158: DataMatrix (ECC200, GS1)
  • ISO/IEC 15416: 코드 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, 코드 39, 코드 93, Codabar
  • ISO/IEC 16022: DataMatrix (ECC200, GS1)
• 3가지 해상도 옵션:
  • 752 x 480(0.3 MP) 또는 1280 x 960(1.2 MP) 모노크롬, 2592 x 1944(5.0 MP) 컬러
• 50mm ~ 300mm 자동 초점, 75mm ~ 1200mm 자동 초점, 고정 초점
• 초점 거리: 광각, 준광각 또는 협각/장초점
• 최대 60fps에서 32ms의 판독 주기
• 5V ~ 30V의 전원 공급 장치, 이더넷을 통한 전력 공급(PoE) 옵션(모드 B), 24V에서 전류 소비 180mA
• 광 커플러로 분리된 3개의 입/출력(I/O) 제어 포트
• RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP 또는 Profinet을 통한 통신
• 최대 8개의 판독기 직렬 연결
• 브라우저 기반 구성 및 모니터링용 WebLink 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)

V430-F000W12M-SRP 버전은 광각 렌즈를 사용하며 X-Mode 오류 수정 대신 이미지 처리 펌웨어에서 Plus Mode를 제공합니다. Plus Mode는 레이블과 같은 고대비 코드에 적합한 반면 X-Mode는 적극적인 기호 포지셔닝, 분석, 재구성 알고리즘으로 인해 저인쇄 등급 코드 및 DPM을 포함한 모든 레이블에 적합합니다. F430 계열 장치는 이중 기능을 갖추고 있으므로 바코드 판독기와 비전 검사 시스템으로 동시에 작동할 수 있습니다.

추가 모듈로 명암 향상

F430 계열은 응용 분야에 적합하도록 다양한 옵션이 있습니다. 예를 들어 빨간색, 흰색, 파란색 또는 IR로 된 8개 또는 24개의 LED가 있는 링 조명(V430-AL)과 같은 추가 모듈을 설치하기 쉬우므로 바코드 판독기의 명암 범위를 확장됩니다. 또한 색상 및 분극 필터와 확산기(V430-AF)는 광택이 나는 표면의 미광과 눈부심을 감소합니다.

그림 4: 확산기와 편광 필터는 반사와 미광을 감소하여 명암을 향상하고 판독 오류를 줄입니다. (이미지 출처: Omron)

바코드 판독기 연결

V430-F 바코드 판독기에는 2개의 M12 소켓과 여러 연결 옵션이 있습니다(그림 5). 호스트 PC는 통신 소켓을 사용하여 Ethernet/IP, TCP/IP 또는 Profinet을 통해 디코딩된 데이터를 판독하고 바코드 판독기를 구성 및 모니터링하며 PoE(모드 B)를 통해 전원을 공급할 수도 있습니다. 두 번째 플러그는 공정 제어를 위해 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)에 연결되고 트리거 입력, RS-232 인터페이스 및 3개의 I/O 스위칭 신호를 포함합니다. 또한 V430-F에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 디코딩된 데이터의 판독, 구성 및 바코드 판독기 모니터링은 또한 V430-F의 RS-232 단자를 통해 수행할 수 있습니다.

그림 5: V430-F 바코드 판독기 연결 옵션에는 이더넷, I/O 제어 라인, RS-232 및 전원 공급 장치 라인이 포함됩니다. (이미지 출처: Omron)

Omron은 V430 계열(V430-W)용으로 구성된 이더넷, I/O 및 RS-232 케이블을 제공합니다. 주변 소자 부품(예: 광센서, 보조 LED 조명, 전원 공급 장치)과 함께 V430-F를 설치할 때 98-000103-02 인터페이스는 유용한 4방향 분배 지점을 제공합니다.

WebLink 사용자 인터페이스

바코드 판독기와 통합된 WebLink 서버는 사용자에게 브라우저에 http://192.168.188.2를 입력하여 호출되는 GUI를 제공합니다. 여기서 설계자는 V430-F를 제어, 모니터링, 구성 및 판독할 수 있습니다.

그림 6: WebLink 사용자 인터페이스를 통해 V430-F를 제어, 판독 및 구성할 수 있습니다. (이미지 출처: Omron)

<Start> 탭에는 연결된 모든 판독기에 대한 모델별 정보가 포함되어 있으며 구성 프로파일을 생성하기 위한 시작점입니다. <Setup> 탭은 왼쪽에 있는 중요한 구성 설정을 표시하고 가운데 영역은 카메라 이미지를 보여주며 바코드 캡처 영역을 정의하는 이미지 처리 도구를 제공합니다. 오른쪽의 출력 창에는 디코딩된 바코드 데이터 단어가 지속적으로 표시되며 또한 WebLink 단자를 통해 추적하거나 RS-232 인터페이스를 통해 이러한 단어를 판독할 수도 있습니다.

파라미터 구성

디코딩을 크게 가속화하기 위해 설계자들은 감지 영역의 범위를 정확하게 정하여 예상 코드 유형을 정의하고 이미지 처리 알고리즘을 최적으로 설정할 수 있습니다. 디코딩된 데이터 단어의 출력 형식을 수정하고 문자를 삽입, 교체 또는 추출할 수도 있습니다.

설계자들은 단자의 명령줄을 통해 K-명령을 사용하거나 WebLink 메뉴 항목인 <Advanced Settings>의 값을 직접 변경하여 카메라 설정, 통신, 판독 주기, 기호, I/O, 기호 품질, 일치 문자열, 진단, 이미지 보관, 구성 데이터베이스와 같은 기능 영역에 대한 파라미터를 구성할 수 있습니다.

카메라 보기 영역에 WOI(Window of Interest) 섹션이 만들어지면 관심 영역(ROI)이라고 하는 모든 관련 코드 레이블 영역이 내부에 정의됩니다. 구성 데이터베이스에서는 이러한 ROI를 최대 10개까지 코드별로 구성할 수 있습니다. <Run> 모드에서 V430-F는 이러한 파라미터 세트 사이를 전환할 수 있습니다.

다양한 특수 알고리즘을 통해 낮은 기호 품질을 개선할 수 있으며 이러한 알고리즘은 다음과 같이 <Advanced Decoding Parameters> 메뉴 항목을 통해 구성됩니다.

• 2D 손상 모드는 그리드 정렬이 왜곡되었거나 셀 등록이 불량한 기호를 디코딩할 수 있습니다. 그림 7의 왼쪽 상단 모서리에 있는 그림은 작동 방식을 보여줍니다. 이 기능은 직렬 명령 <K567,1>을 통해 활성화할 수 있습니다(0/1 = 비활성화/활성화).
• 형태 조작 시도는 형태 확장하거나 깎은 다음 디코딩을 시도합니다. 그림 7의 오른쪽 상단 모서리 그림은 신호 강도를 높이고 잡음을 감소하는 방식을 보여줍니다. 이 알고리즘은 직렬 명령 <K568,1>을 통해 활성화됩니다.

그림 7: 손상 모드, 형태, 확대/축소와 같은 이미지 처리 알고리즘을 사용하면 심지어 이미지 품질이 좋지 않은 경우에도 디코딩할 수 있습니다. (이미지 출처: Omron)

• 곡선 2D는 데이터 매트릭스와 QR 코드 기용으로 설계되었습니다.
  그림 8에 표시된 빨간색 선과 녹색 선 사이 길이 비율이 20:1보다 큰 경우 곡선 2D 알고리즘이 활성화됩니다. 이 기능은 직렬 명령 <K563,1>을 통해 활성화됩니다.

그림 8: 곡선 2D 이미지 프로세싱 알고리즘은 곡선 코드 레이블을 자동으로 감지하여 디코딩하기 전에 정류합니다. (이미지 출처: Omron)

• 기호 품질은 ISO/IEC 15416에 따라 A부터 F까지의 등급으로 자세한 평가 결과를 출력합니다. 각 단일 파라미터는 직렬 명령 <K726, aperture, overall, edge determination, decode, contrast, minimum reflectance, minimum edge contrast, modulation, defects, decodability, quiet zone>을 사용하여 각각 활성화할 수 있습니다.직렬 명령 <VAL4>는 ISO/IEC15416의 등급을 요약한 텍스트 보고서로 응답합니다(표 1).

표 1: 직렬 명령 <VAL4>는 ISO/IEC15416의 등급을 요약한 텍스트 보고서로 응답합니다. (표 출처: Omron)

결론

콤팩트한 이미지 기반 V430-F 계열 바코드 판독기는 열악한 공장 환경의 여러 표면에서 고속으로 다양한 코드 표준을 안정적으로 디코딩합니다. 위에서 살펴본 바와 같이 강력한 통합 이미지 처리는 브라우저를 통해 쉽게 구성되므로 설계자는 특수 이미지 처리 경험 없이도 바코드 판독기를 설치하고 실행할 수 있습니다.