Implantación de un sistema compacto de seguimiento y trazabilidad de alto rendimiento

Los diseñadores de sistemas de automatización de fábricas y seguimiento de mercancías necesitan lectores ópticos de códigos de barras que puedan leer tipos de etiquetas de códigos como impresión térmica, grabado por láser o matriz de puntos metálica. La descodificación de etiquetas de códigos variables y de rápido movimiento en cintas transportadoras requiere lectores con procesamiento de imágenes de alta resolución y baja latencia que puedan descodificar con precisión códigos de barras dañados o sucios. Los lectores deben funcionar con fiabilidad en entornos difíciles a pesar de las condiciones de iluminación adversas, la orientación impredecible de las etiquetas y su geometría irregular.

Para dar respuesta a estas necesidades y, al mismo tiempo, cumplir las limitaciones de costo y tiempo, los diseñadores de plantas industriales pueden utilizar lectores de códigos de barras listos para usar y fácilmente configurables para adaptarse a un amplio rango de/una amplia gama de aplicaciones.

En este artículo se analizan brevemente los estándares de códigos de barras y los requisitos de los lectores antes de presentar los lectores de códigos de barras basados en imágenes de Omron Automation & Safety, que se configuran fácilmente sobre el terreno y son compatibles con varios módulos de luz y filtros de colores. El artículo habla de las normas de código compatibles, el cableado y cómo configurar el software de los lectores.

Tipos de normas de códigos de barras

Hay muchos tipos de Códigos de barras, cada uno con características y requisitos únicos. La figura 1 muestra ejemplos de códigos de barras lineales (1D), lineales apilados, matriciales (2D) y símbolos de códigos de puntos, así como fotos de marcaje directo de piezas (DPM) en distintos materiales con diferente calidad de contraste y resolución.

Figura 1: Los lectores de códigos deben ser compatibles con diversos códigos, como códigos de barras lineales (1D), códigos de barras lineales apilados, símbolos matriciales 2D y símbolos de códigos de puntos (arriba). Los DPM tienen diversas características de contraste y resolución (abajo). (Fuente de la imagen: Omron)

La matriz 2D de la derecha de la Figura 2 ilustra la estructura del código QR: cuatro marcas de referencia cuadradas definen la orientación de lectura de la etiqueta del código, mientras que dos rayas de cebra señalan el reloj de lectura. Más de la mitad de las celdas contienen la palabra de datos de usuario; el resto sirve como redundancia para la corrección de errores.

Figura 2: El código QR añade corrección de errores y marcas de referencia y reloj a la palabra de datos (izquierda). Los niveles de corrección de errores ajustables pueden reconstruir entre el 7% y el 30% del área del símbolo perdido (derecha). (Fuente de la imagen: Omron)

Si el símbolo del código QR se genera mediante el algoritmo Reed-Solomon, la corrección de errores puede reconstruir entre el 7% y el 30% del área del símbolo perdido, en función del nivel seleccionado (Figura 2, derecha). Según la norma ISO/IEC 24778, el código azteca, un código de matriz de puntos 2D para aplicaciones con limitaciones de espacio, puede leerse en cualquier orientación y especifica una corrección de errores ajustable del 5% al 95%.

Lector de códigos de barras basado en imágenes que integra el tratamiento de imágenes

Un buen ejemplo de lo avanzados y capaces que se han vuelto los lectores es la compacta Serie MicroHAWK V430-F de lectores de códigos de barras de Omron. Estos lectores pueden leer de forma fiable diversos códigos de barras matriciales en una gran variedad de superficies en entornos de fábrica difíciles. Utilizan potentes algoritmos de corrección de errores para descodificar símbolos dañados e incompletos a velocidades de hasta 60 fotogramas por segundo (fps). La óptica avanzada combina sensores de imagen monocromos o en color con una resolución de hasta 5 megapíxeles (MP) y varias opciones de enfoque fijo o automático.

El lector de códigos de barras monocromo V430-F000L12M-SRX tiene una resolución de 1280 x 960 píxeles (1.2 MP) (Figura 3). Integra un objetivo de enfoque automático con una profundidad de campo de 1160 milímetros (mm), ocho LED rojos de iluminación puntual y un procesador de imágenes de 800 megahercios (MHz), todo ello en un paquete de 44.5 (A) x 25.5 (A) x 56.9 (P) mm.

Figura 3: Se muestra el lector de códigos de barras V430-F000L12M-SRX con iluminación integrada (izquierda), y ampliado con un anillo de LED y un módulo difusor (derecha). (Fuente de la imagen: Omron)

El lector V430-F tiene clasificación IP67 y puede instalarse y configurarse fácilmente in situ en zonas de producción industrial. El procesamiento de imágenes integrado captura códigos 1D, 2D y matriciales, y detecta DPM en condiciones de contraste deficiente. Sus algoritmos de tratamiento de errores e imágenes pueden descodificar etiquetas de códigos dañadas, sucias, borrosas o distorsionadas y mostrarlas como texto ASCII sin formato.

Características importantes de la familia V430-F:

• Apoyo a las normas de codificación:
  • 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: Matriz de datos (ECC200, GS1)
• Tres opciones de resolución:
  • 752 x 480 (0.3 MP) o 1280 x 960 (1.2 MP) monocromo, y 2592 x 1944 (5.0 MP) en color
• Enfoque automático de 50 a 300 mm, enfoque automático de 75 a 1200 mm y enfoque fijo
• Distancia focal: gran angular, media o estrecha/larga
• Ciclo de lectura de 32 milisegundos (ms) a hasta 60 fps
• Fuente de alimentación de 5 a 30 voltios, Alimentación por Ethernet (PoE) opcional (modo B) y un consumo de corriente de 180 miliamperios (mA) a 24 voltios.
• Tres puertos de control de entrada/salida (E/S) aislados por un optoacoplador
• Comunicación mediante RS-232, TCP/IP, Ethernet/IP o Profinet
• Conexión en cadena de hasta ocho lectores
• Interfaz gráfica de usuario (GUI) WebLink para la configuración y supervisión basadas en navegador

La versión V430-F000W12M-SRP utiliza un objetivo gran angular y ofrece el modo Plus en su firmware de procesamiento de imágenes en lugar de la corrección de errores X-Mode. El modo Plus es adecuado para códigos de alto contraste, como las etiquetas, mientras que los agresivos algoritmos de posicionamiento, análisis y reconstrucción de símbolos del modo X lo hacen adecuado para todas las etiquetas, incluidos los códigos de baja impresión y los DPM. Los dispositivos de la serie F430 son de doble función, lo que significa que pueden funcionar simultáneamente como lectores de códigos de barras y como sistemas de inspección por visión.

Los módulos adicionales mejoran el contraste

La serie F430 ofrece una gran variedad de opciones que se adaptan a cada aplicación. Por ejemplo, los módulos complementarios fáciles de instalar, como los anillos luminosos (V430-AL) con ocho o 24 LED rojos, blancos, azules o IR, amplían el rango de contraste del lector de códigos de barras. Además, los filtros y difusores de color y polarización (V430-AF) reducen la luz dispersa y los reflejos de las superficies brillantes (Figura 4).

Figura 4: Los difusores y filtros de polarización reducen los reflejos y la luz dispersa para mejorar el contraste y reducir los errores de lectura. (Fuente de la imagen: Omron)

Conexión del lector de códigos de barras

El lector de códigos de barras V430-F tiene dos tomas M12 y varias opciones de conexión (figura 5). La toma de comunicación permite a un PC host leer los datos descodificados a través de Ethernet/IP, TCP/IP o Profinet, configurar y supervisar el lector de códigos de barras y, opcionalmente, suministrar alimentación a través de PoE (modo B). La segunda clavija se conecta a un controlador lógicos programables (PLC) para el control de procesos e incluye una entrada de disparo, una interfaz RS-232 y tres señales de conmutación de E/S. También se utiliza para alimentar el V430-F. La lectura de los datos descodificados, la configuración y la supervisión del lector de códigos de barras también pueden realizarse a través del terminal RS-232 del V430-F.

Figura 5: Las opciones de conectividad del lector de códigos de barras V430-F incluyen Ethernet, líneas de control de E/S, RS-232 y líneas de fuente de alimentación. (Fuente de la imagen: Omron)

Omron ofrece cables configurados de Ethernet, E/S y RS-232 para la serie V430 (V430-W). Cuando se instala el V430-F junto con componentes periféricos (como un fotosensor, una luz LED auxiliar y una fuente de alimentación), la interfaz 98-000103-02 proporciona un útil punto de distribución cuádruple.

La interfaz de usuario de WebLink

El servidor WebLink integrado con el lector de códigos de barras proporciona al usuario una interfaz gráfica de usuario a la que se accede introduciendo http://192.168.188.2 en un navegador. Desde aquí, el diseñador puede controlar, supervisar, configurar y leer el V430-F.

Figura 6: El V430-F puede controlarse, leerse y configurarse a través de la interfaz de usuario WebLink. (Fuente de la imagen: Omron)

La pestaña <Start> contiene información específica del modelo para todos los lectores conectados y es el punto de partida para crear perfiles de configuración. La pestaña <Setup> muestra los ajustes de configuración importantes a la izquierda, mientras que la zona central muestra la imagen de la cámara y ofrece herramientas de procesamiento de imágenes para definir el área de captura de códigos de barras. A la derecha, una ventana de salida muestra continuamente palabras de datos de códigos de barras descodificados, que también pueden seguirse a través del terminal WebLink o leerse a través de la interfaz RS-232.

Configurar parámetros

Para acelerar significativamente la descodificación, los diseñadores pueden delimitar con precisión el área de detección, definiendo los tipos de código previstos y configurando de forma óptima los algoritmos de procesamiento de imágenes. También pueden modificar el formato de salida de la palabra de datos descodificada e insertar, intercambiar o extraer caracteres.

Utilizando comandos K a través de la línea de comandos del terminal o cambiando directamente los valores en la opción de menú WebLink <Advanced Settings>, los diseñadores pueden configurar parámetros para las siguientes áreas funcionales: Configuración de la Cámara, Comunicaciones, Ciclo de Lectura, Simbologías, E/S, Calidad de Símbolos, Cadena de Coincidencia, Diagnósticos, Almacenamiento de Imágenes y Base de datos de Configuración.

Una vez realizada la sección de la ventana de interés (WOI) en el área de visión de la cámara, se definen en su interior todas las áreas relevantes de la etiqueta de código, denominadas región de interés (ROI). En la base de datos de configuración pueden configurarse hasta diez de estos rendimientos de la inversión con códigos específicos. En el modo <Run> el V430-F puede conmutar entre estos conjuntos de parámetros.

Varios algoritmos especiales pueden mejorar la mala calidad de los símbolos y se configuran a través de la opción de menú <Advanced Decoding Parameters> del menú:

• El modo 2D dañado puede descodificar símbolos con una alineación de cuadrícula distorsionada o un mal registro de celdas. La figura 7, arriba a la izquierda, muestra cómo funciona. Esta función puede activarse mediante el comando en serie <K567,1> (0/1 = desactivado/activado).
• Intento de manipulación morfológica aplica dilatación o erosión morfológica e intenta descodificar. La esquina superior derecha de la Figura 7 muestra cómo aumenta la intensidad de la señal y reduce el ruido. El algoritmo se activa mediante el comando serie .

Figura 7: Algoritmos de tratamiento de imágenes como el modo dañado, la morfología y el aumento/disminución de escala permiten descodificar incluso imágenes de baja calidad. (Fuente de la imagen: Omron)

• Curvo 2D está diseñado para símbolos Data Matrix y códigos QR.
  Si la relación de longitud entre las líneas roja y verde, mostrada en la Figura 8, es superior a 20:1, se activará el algoritmo Curva 2D. La función se activa mediante el comando en serie <K563,1>.

Figura 8: El algoritmo de tratamiento de imágenes 2D curvas detecta automáticamente las etiquetas de código curvadas y las rectifica antes de descodificarlas. (Fuente de la imagen: Omron)

• Symbol Quality emitirá evaluaciones detalladas con calificaciones de la A a la F según la norma ISO/IEC 15416. Cada parámetro puede activarse por separado mediante el comando en serie <K726, apertura, global, determinación de bordes, descodificación, contraste, reflectancia mínima, contraste de bordes mínimo, modulación, defectos, descodificabilidad y zona tranquila>. El comando en serie responde con un informe de texto que resume la clasificación de ISO/IEC15416 (Tabla 1).

Tabla 1: El comando en serie responde con un informe de texto que resume la clasificación de ISO/IEC15416. (Fuente de la tabla: Omron)

Conclusión:

Los lectores de códigos de barras compactos y basados en imágenes de la Serie V430-F descodifican con fiabilidad una amplia variedad de estándares de códigos en distintas superficies y a alta velocidad en entornos de fábrica difíciles. Como se muestra, el potente procesamiento de imágenes integrado se configura fácilmente a través de un navegador, lo que permite a los diseñadores poner en marcha un lector de códigos de barras sin necesidad de experiencia especializada en procesamiento de imágenes.