Implementação de acompanhamento e rastreabilidade compactos de alto desempenho

Os projetistas de sistemas de automação de fábrica e acompanhamento de mercadorias precisam de leitores ópticos de código de barras que possam ler tipos de etiquetas de código, como impressão térmica, gravação a laser ou matriz de pontos sobre metal. A decodificação de etiquetas de códigos variados e de movimento rápido em esteiras transportadoras exige leitores com processamento de imagens de baixa latência e alta resolução que possam decodificar com precisão códigos de barras danificados ou sujos. Os leitores devem funcionar de forma confiável em ambientes severos, apesar das condições adversas de iluminação, da orientação imprevisível das etiquetas e da geometria irregular das etiquetas.

Para atender a essas necessidades e, ao mesmo tempo, cumprir as restrições de custo e tempo, os projetistas de plantas industriais podem usar leitores de código de barras prontos para uso, que são prontamente configuráveis para atender a uma ampla gama de aplicações-alvo.

Este artigo discute brevemente os padrões de código de barras e os requisitos do leitor antes de apresentar os leitores de código de barras baseados em imagem adequados da Omron Automation and Safety, que são facilmente configurados em campo e têm suporte de vários módulos de luz e filtro coloridos. O artigo discute os padrões suportados de código, o cabeamento e como configurar o software dos leitores.

Tipos de padrões de código de barras

Há muitos tipos de códigos de barras, cada um com recursos e requisitos exclusivos. A Figura 1 mostra exemplos de códigos de barras lineares (1D), lineares empilhados, matriciais (2D) e símbolos de código de pontos, bem como fotos de marcação direta na peça (DPM) em diferentes materiais com diferentes contrastes e qualidade de resolução.

Figura 1: Os leitores de código precisam suportar uma variedade de códigos, incluindo códigos de barras lineares (1D), códigos de barras lineares empilhados, símbolos de matriz 2D e símbolos de código de pontos (parte superior). Os DPMs têm várias características de contraste e resolução (parte inferior). (Fonte da imagem: Omron)

A matriz 2D à direita da Figura 2 ilustra a estrutura do código QR: quatro marcas de referência quadradas definem a orientação de leitura do rótulo do código, enquanto duas listras de zebra sinalizam o padrão de temporização da leitura. Mais da metade das células contém a palavra de dados do usuário; o restante serve como redundância para correção de erros.

Figura 2: O código QR acrescenta correção de erros, bem como marcas de referência e padrões de temporização à palavra de dados (esquerda). Os níveis ajustáveis de correção de erros podem reconstruir de 7% a 30% da área perdida do símbolo (à direita). (Fonte da imagem: Omron)

Se o símbolo do código QR for gerado usando o algoritmo Reed-Solomon, a correção de erros poderá reconstruir de 7% a 30% da área perdida do símbolo, dependendo do nível selecionado (Figura 2, à direita). De acordo com a ISO/IEC 24778, o código Aztec, um código de matriz de pontos 2D para aplicações com restrições de espaço, pode ser lido em qualquer orientação e especifica uma correção de erros ajustável de 5% a 95%.

Leitor de código de barras baseado em imagem que integra o processamento de imagens

Um bom exemplo de como os leitores se tornaram avançados e capazes é a série compacta de leitores de código de barras MicroHAWK V430-F da Omron. Esses leitores podem ler de forma confiável diversos códigos de barras matriciais em uma variedade de superfícies em ambientes de fábrica desafiadores. Eles usam algoritmos avançados de correção de erros para decodificar símbolos danificados e incompletos em velocidades de até 60 quadros por segundo (fps). A óptica avançada combina sensores de imagem monocromáticos ou coloridos com resolução de até 5 megapíxeis (MP) e várias opções de foco fixo ou automático.

O leitor de código de barras monocromático V430-F000L12M-SRX apresenta uma resolução de 1280 x 960 píxeis (1,2 MP) (Figura 3). Ele integra uma lente de foco automático com profundidade de campo de 1160 milímetros (mm), oito LEDs de holofote vermelho e um processador de imagem de 800 megahertz (MHz), tudo em um invólucro que mede 44,5 (larg.) x 25,5 (alt.) x 56,9 (prof.) mm.

Figura 3: É mostrado o leitor de código de barras V430-F000L12M-SRX com iluminação integrada (esquerda) e expandido com um anel de LED e um módulo difusor (direita). (Fonte da imagem: Omron)

O leitor V430-F tem classificação IP67 e pode ser facilmente instalado e configurado no local em áreas de produção industrial. O processamento de imagem na placa captura códigos 1D, 2D e de matriz de pontos e detecta DPMs em condições de contraste ruim. Seus algoritmos de processamento de erros e de imagens podem decodificar etiquetas de código danificadas, sujas, borradas ou distorcidas e produzi-las como texto ASCII simples.

Alguns recursos importantes da família V430-F incluem:

• Suporte aos padrões de código:
  • ISO/IEC 15415: DataMatrix (ECC200, GS1), Código QR, Micro QR
  • ISO/IEC TR 29158: DataMatrix (ECC200, GS1)
  • ISO/IEC 15416: Código 128/GS1-12, UPC/EAN (JAN), ITF, Código 39, Código 93, Codabar
  • ISO/IEC 16022: DataMatrix (ECC200, GS1)
• Três opções de resolução:
  • 752 x 480 (0,3 MP) ou 1280 x 960 (1,2 MP) monocromático e 2592 x 1944 (5,0 MP) colorido
• Autofoco de 50 a 300 mm, autofoco de 75 a 1200 mm e foco fixo
• Distância focal: grande angular, média ou estreita/longa
• Ciclo de leitura de 32 milissegundos (ms) a até 60 fps
• Fonte de alimentação de 5 a 30 volts, Alimentação via Ethernet (PoE) opcional (modo B) e um consumo de corrente de 180 miliamperes (mA) em 24 volts
• Três portas de controle de entrada/saída (E/S) isoladas por um optoacoplador
• Comunicação via RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP ou Profinet
• Encadeamento de até oito leitores
• Interface gráfica do usuário (GUI) WebLink para configuração e monitoramento baseados em navegador

A versão V430-F000W12M-SRP usa uma lente grande angular e oferece o modo Plus em seu firmware de processamento de imagem, em vez da correção de erros do modo X. O modo Plus é adequado para códigos de alto contraste, como etiquetas, enquanto os algoritmos agressivos de posicionamento, análise e reconstrução de símbolos do modo X o tornam adequado para todas as etiquetas, inclusive códigos de baixa qualidade de impressão e DPM. Os dispositivos da série F430 são de função dupla, o que significa que podem operar simultaneamente como um leitor de código de barras e como um sistema de inspeção visual.

Os módulos complementares melhoram o contraste

A série F430 vem com uma variedade de opções para se adequar à aplicação. Por exemplo, módulos complementares fáceis de instalar, como anéis de luz (V430-AL) com oito ou 24 LEDs em vermelho, branco, azul ou infravermelho, ampliam a faixa de contraste do leitor de código de barras. Além disso, os filtros de cor e polarização, e difusores (V430-AF) reduzem a luz dispersa e o reflexo das superfícies brilhantes (Figura 4).

Figura 4: Difusores e filtros polarizadores reduzem os reflexos e a luz dispersa para melhorar o contraste e reduzir os erros de leitura. (Fonte da imagem: Omron)

Conexão do leitor de código de barras

O leitor de código de barras V430-F tem dois soquetes M12 e várias opções de conexão (Figura 5). O soquete de comunicação permite que um computador host leia os dados decodificados via Ethernet/IP, TCP/IP ou Profinet, configure e monitore o leitor de código de barras e, opcionalmente, forneça energia via PoE (modo B). O segundo plugue se conecta a um controlador lógico programável (CLP) para controle de processos e inclui uma entrada de disparo, uma interface RS-232 e três sinais de comutação de E/S. Ele também é usado para fornecer energia ao V430-F. A leitura dos dados decodificados, a configuração e o monitoramento do leitor de código de barras também podem ser feitos por meio do terminal RS-232 do V430-F.

Figura 5: As opções de conectividade do leitor de código de barras V430-F incluem Ethernet, linhas de controle de E/S, RS-232 e linhas de alimentação. (Fonte da imagem: Omron)

A Omron oferece cabos configurados de Ethernet, E/S e RS-232 para a série V430 (V430-W). Ao instalar o V430-F em conjunto com componentes periféricos (como um fotossensor, uma luz LED auxiliar e uma fonte de alimentação), a interface 98-000103-02 oferece um ponto de distribuição útil de quatro vias.

A interface de usuário do WebLink

O servidor WebLink integrado ao leitor de código de barras fornece ao usuário uma GUI, que é chamada ao digitar http://192.168.188.2 em um navegador. A partir daí, o projetista pode controlar, monitorar, configurar e ler o V430-F.

Figura 6: O V430-F pode ser controlado, lido e configurado por meio da interface de usuário WebLink. (Fonte da imagem: Omron)

A guia <Start> contém informações específicas do modelo para todos os leitores conectados e é o ponto de partida para a criação de perfis de configuração. A guia <Setup> exibe definições importantes de configuração à esquerda, enquanto a área central mostra a imagem da câmera e oferece ferramentas de processamento de imagem para definir a área de captura do código de barras. À direita, uma janela de saída exibe continuamente palavras de dados de códigos de barras decodificados, que também podem ser acompanhados por meio do terminal WebLink ou lidos por meio da interface RS-232.

Configurar parâmetros

Para agilizar significativamente a decodificação, os projetistas podem delimitar com precisão a área de detecção, definindo os tipos de código esperados e configurando de forma ideal os algoritmos de processamento de imagem. Eles também podem modificar o formato de saída da palavra de dados decodificada e inserir, trocar ou extrair caracteres.

Usando os comandos K por meio da linha de comando do terminal ou alterando diretamente os valores no item de menu do WebLink <Advanced Settings>, os projetistas podem configurar parâmetros para as seguintes áreas funcionais: Configuração da câmera, Comunicações, Ciclo de leitura, Simbologias, E/S, Qualidade do símbolo, Cadeia de correspondência, Diagnósticos, Armazenamento de imagens e Banco de dados de configuração.

Depois que a seção da janela de interesse (WOI) é feita na área de visualização da câmera, todas as áreas relevantes da etiqueta de código, chamadas de região de interesse (ROI), são definidas dentro dela. Até dez dessas ROIs podem ser configuradas especificamente para o código no banco de dados de configuração. No modo <Run>, o V430-F pode alternar entre esses conjuntos de parâmetros.

Vários algoritmos especiais podem melhorar a qualidade ruim dos símbolos e são configurados por meio do item de menu <Advanced Decoding Parameters>:

• 2D Damaged Mode pode decodificar símbolos com alinhamento de grade distorcido ou registro de célula ruim. A Figura 7, no canto superior esquerdo, mostra como isso funciona. O recurso pode ser ativado por meio do comando serial <K567,1> (0/1 = desativado/ativado).
• Attempt Morphology Manipulation aplica dilatação ou erosão da morfologia e tenta decodificar. O canto superior direito da Figura 7 mostra como isso aumenta a intensidade do sinal e reduz o ruído. O algoritmo é ativado por meio do comando serial <K568,1>.

Figura 7: Algoritmos de processamento de imagem, como Damaged Mode, Morphology e Scale Up/Down, possibilitam a decodificação até mesmo de imagens de baixa qualidade. (Fonte da imagem: Omron)

• Curved 2D é destinado para símbolos Data Matrix e QR Code.
  Se a relação de comprimento entre as linhas vermelha e verde, mostrada na Figura 8, for maior que 20:1, o algoritmo Curved 2D será ativado. A função é ativada por meio do comando serial <K563,1>.

Figura 8: O algoritmo de processamento de imagens Curved 2D detecta automaticamente etiquetas de códigos curvos e os retifica antes da decodificação. (Fonte da imagem: Omron)

• Symbol Quality produzirá avaliações detalhadas em notas de A a F, de acordo com a ISO/IEC 15416. Cada parâmetro individual pode ser ativado separadamente usando o comando serial <K726, abertura, geral, determinação de borda, decodificação, contraste, refletância mínima, contraste mínimo de borda, modulação, defeitos, decodificação e zona de silêncio>. O comando serial <VAL4> responde com um relatório de texto que resume a classificação da ISO/IEC15416 (Tabela 1).

Tabela 1: O comando serial <VAL4> responde com um relatório de texto que resume a classificação da ISO/IEC15416. (Fonte da tabela: Omron)

Conclusão

Os leitores de código de barras compactos e baseados em imagem da série V430-F decodificam de forma confiável uma ampla variedade de padrões de código em diferentes superfícies e em altas velocidades em ambientes de fábrica desafiadores. Conforme mostrado, o poderoso processamento de imagens integrado é prontamente configurado por meio de um navegador, permitindo que os projetistas coloquem um leitor de código de barras em funcionamento, sem experiência especializada em processamento de imagens.