以小巧設計達到高效能的追蹤與追溯能力

工廠自動化和貨物追蹤系統的設計人員，需使用光學條碼讀取器來讀取熱感列印、雷射雕刻或金屬點陣等代碼標籤類型。要對輸送帶上快速移動且不斷變化的代碼標籤進行解碼，讀取器必須具備低延遲、高解析度的影像處理能力，才可準確解碼受損或髒污的條碼。儘管光線條件不良、標籤方向難以捉摸、標籤幾何形狀不平整，讀取器仍必須在這樣嚴苛的環境中發揮可靠的效能。

為因應這些需求，並符合成本和時間的限制，工廠設計人員可以使用現成的條碼讀取器，其隨時可進行配置，以因應多種目標應用。

本文會先簡單探討條碼標準和讀取器的要求，接著介紹來自 Omron Automation and Safety 且適用的影像式條碼讀取器；此讀取器可以在現場輕易完成配置，並可支援多種彩色燈光與濾光模組。本文探討支援的代碼標準、佈線，以及如何配置讀取器的軟體。

條碼標準的類型

現今條碼五花八門，各有獨特的特點和要求。圖 1 顯示線性 (1D) 條碼、堆疊線性、矩陣 (2D) 和點碼符號的範例，以及不同材料上的直接零件標記 (DPM) 照片，這些標記的對比度和解析度品質各異。

圖 1：代碼讀取器需支援多種代碼，包括線性 (1D) 條碼、堆疊線性條碼、2D 矩陣符號和點碼符號 (頂端)。DPM 具有多種對比度和解析度特性 (底部)。(圖片來源：Omron)

圖 2 右側的 2D 矩陣，顯示 QR 碼的結構：四個方形參考標記會界定代碼標籤的讀取方向，兩條斑馬條紋則表示讀取時脈。方框內超過一半的內容含有使用者資料字組，其餘的內容則作為錯誤修正用的備援資料。

圖 2：QR 碼為資料字組添加了錯誤修正功能，以及參考與時脈標記 (左)。可調整的錯誤修正等級，能針對遺失符號區重建 7% 至 30% 的內容 (右)。(圖片來源：Omron)

如果 QR 碼符號是以 Reed-Solomon 演算法產生，錯誤修正功能可重建遺失符號區 7% 至 30% 的內容，視選取的等級而定 (圖 2，右側)。Aztec 碼是適合有限空間應用的 2D 點陣碼，根據 ISO/IEC 24778 標準，此碼能以任意方向讀取，並將可調整的錯誤修正比例指定為 5% 至 95%。

整合影像處理技術的影像式條碼讀取器

讀取器的進展與能力，可透過 Omron 小巧的 MicroHAWK V430-F 系列條碼讀取器提供良好的示範。此系列讀取器能在嚴苛的工廠環境中，可靠地讀取多種表面上眾多不同的矩陣條碼。此產品使用強大的錯誤修正演算法，能以高達 60 fps 的速度對受損和不完整的符號進行解碼。先進的光學元件結合了單色或彩色影像感測器，具有高達 5 百萬畫素 (MP) 解析度，以及多種固定對焦或自動對焦選項。

V430-F000L12M-SRX 單色條碼讀取器的解析度為 1280 x 960 像素 (1.2 MP) (圖 3)。此產品整合 1160 mm 景深的自動對焦鏡頭、8 個紅色聚光燈 LED 和 800 MHz 影像處理器，封裝尺寸為 44.5 (寬) x 25.5 (高) x 56.9 (深) mm。

圖 3：此為 V430-F000L12M-SRX 條碼讀取器，具備整合式照明 (左)，並添加 LED 燈環與柔光罩模組 (右)。(圖片來源：Omron)

V430-F 讀取器的防護等級為 IP67，可在工業生產區輕鬆進行現場安裝和配置。板載影像處理技術，能擷取 1D、2D 和點陣碼，並可在對比度條件不良的情況下偵測 DPM。具有錯誤和影像處理演算法，能針對受損、髒污、模糊或失真的代碼標籤進行解碼，並輸出成純 ASCII 文字。

V430-F 系列有一些重要特點，包括：

• 支援代碼標準：
  • ISO/IEC 15415：DataMatrix (ECC200，GS1)、QR 碼、Micro 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)
• 三種解析度選項：
  • 752 x 480 (0.3 MP) 或 1280 x 960 (1.2 MP) 單色和 2592 x 1944 (5.0 MP) 彩色
• 50 至 300 mm 自動對焦、75 至 1200 mm 自動對焦、固定對焦
• 焦距：廣角、中或窄／長焦距
• 讀取週期為 32 ms，最高 60 fps
• 5 至 30 V 電源供應器，可選配乙太網路供電 (PoE) (模式 B)，24 V 時電流消耗量為 180 mA
• 三個輸入／輸出 (I/O) 控制埠，由光耦合器隔離
• 透過 RS-232、TCP/IP、Ethernet/IP 或 Profinet 進行通訊
• 以菊鏈方式連接多達八個讀取器
• WebLink 圖形使用者介面 (GUI)，能在瀏覽器上進行配置和監測

V430-F000W12M-SRP 款式採用廣角鏡頭，並在影像處理韌體中提供 Plus Mode，而非 X-Mode 錯誤修正。Plus Mode 適用於高對比代碼，例如標籤，而 X-Mode 具有先進的符號定位、分析和重建演算法，因此適用於所有標籤，包括低印刷等級代碼與 DPM。F430 系列裝置具有雙重功能，因此能同時當作條碼讀取器和視覺檢測系統運作。

附加模組可改善對比度

F430 系列隨附多個選項，可滿足應用需求。例如具有 8 個或 24 個紅色、白色、藍色或紅外線 LED 的燈環 (V430-AL)，這些容易安裝的附加模組可擴大條碼讀取器的對比度範圍。此外，彩色和偏振濾光器與柔光罩 (V430-AF)，能減少光澤表面的雜散光和眩光 (圖 4)。

圖 4：柔光罩與偏振濾光器能減少反射和雜散光，可改善對比度並減少讀取錯誤。(圖片來源：Omron)

連接條碼讀取器

V430-F 條碼讀取器有兩個 M12 插槽並提供幾個連接選項 (圖 5)。藉由通訊插槽，主機 PC 就可透過 Ethernet/IP、TCP/IP 或 Profinet 讀取解碼後的數據、配置和監測該條碼讀取器，並可選擇透過 PoE (模式 B) 來供電。第二個插頭會連接到可編程邏輯控制器 (PLC) 以進行製程控制，並含有觸發器輸入、RS-232 介面及三個 I/O 切換訊號。亦可用來供電給 V430-F。也能透過 V430-F 的 RS-232 端子讀取解碼後的數據，並且對條碼讀取器進行配置和監測。

圖 5：V430-F 條碼讀取器的連接選項包括乙太網路、I/O 控制線路、RS-232 和電源線。(圖片來源：Omron)

Omron 針對 V430 系列 (V430-W) 提供經過配置的乙太網路、I/O 和 RS-232 纜線。V430-F 若在安裝時搭配光感測器、輔助 LED 燈和電源供應器等周邊裝置，98-000103-02 介面可當作實用的四路分配點。

WebLink 使用者介面

條碼讀取器整合了 WebLink 伺服器，為使用者提供 GUI。在瀏覽器中輸入 http://192.168.188.2，即可調用該介面。設計人員能從中控制、監測、配置和讀出 V430-F。

圖 6：可透過 WebLink 使用者介面對 V430-F 進行控制、讀出和配置。(圖片來源：Omron)

<Start> (開始) 標籤含有所有相連讀取器的型號資訊，是建立配置設定檔的起始點。<Setup> (設定) 標籤的左側會顯示重要的配置設定，中間區域則顯示攝影機影像，並提供影像處理工具，可界定條碼擷取區。在右側，輸出視窗會一直顯示解碼後的條碼資料字組，可以透過 WebLink 終端機追蹤該字組，或透過 RS-232 介面讀出該字組。

配置參數

若要大幅加快解碼速度，設計人員可精確劃分偵測區域、界定預期的代碼類型，並將影像處理演算法設定成最理想的狀態。還能修改解碼後資料字組的輸出格式，以及插入、交換或擷取字元。

無論是透過終端機的命令列使用 K 命令，還是在 WebLink 選單項目 <Advanced Settings> (進階設定) 中直接變更數值，設計人員皆可藉此配置以下功能區的參數：攝影機設定、通訊、讀取週期、符號學、I/O、符號品質、匹配字串、診斷、影像儲存與配置資料庫。

一旦在攝影機監視區域內建立關注視窗 (WOI) 區段，所有相關的代碼標籤區域，簡稱關注區域 (ROI)，皆會在此區段內界定。在配置資料庫中，最多能針對代碼配置 10 個此類 ROI。在 <Run> (執行) 模式下，V430-F 能在這些參數集之間進行切換。

許多特殊演算法都能改善不良的符號品質，並可透過 <Advanced Decoding Parameters> (進階解碼參數) 選單項目進行配置：

• 當符號發生網格對齊失真或單元對準不良，可使用 2D Damaged Mode (2D 受損模式) 進行解碼。圖 7 左上角展示此演算法的運作原理。透過序列命令 <K567,1>，就可啟用此功能 (0/1 = 停用／啟用)。
• Attempt Morphology Manipulation (嘗試形態操控) 功能會運用形態膨脹或侵蝕，再嘗試進行解碼。圖 7 右上角展示此演算法如何增強訊號和降低雜訊。此演算法可透過序列命令 <K568,1> 啟用。

圖 7：透過受損模式、形態學和比例縮放等影像處理演算法，即使影像品質較差亦可解碼。(圖片來源：Omron)

• Curved 2D (曲線 2D) 可用於 Data Matrix 和 QR 碼符號。
  如圖 8 所示，紅線與綠線的長度比若超過 20:1，曲線 2D 演算法就會啟動。此功能可透過序列命令 <K563,1> 啟用。

圖 8：曲線 2D 影像處理演算法會自動偵測曲線代碼標籤，並在解碼前予以修正。(圖片來源：Omron)

• Symbol Quality (訊號品質) 會依據 ISO/IEC 15416，將詳細評估結果以等級方式 (A 到 F) 進行輸出。每一個參數，都能個別透過序列命令啟用，如下所述：<K726, aperture, overall, edge determination, decode, contrast, minimum reflectance, minimum edge contrast, modulation, defects, decodability , quiet zone>。序列命令 <VAL4> 會以文字報告方式提供回應，將 ISO/IEC15416 分級結果進行總結 (表 1)。

表 1：序列命令 <VAL4> 會以文字報告方式提供回應，將 ISO/IEC15416 分級結果進行總結。(表格來源：Omron)

結論

小巧的 V430-F 系列影像式條碼讀取器能在嚴苛的工廠環境中，高速可靠地針對不同表面上的各種代碼標準進行解碼。如本文所述，強大的整合式影像處理技術可隨時透過瀏覽器進行配置，因此設計人員無需具備專業的影像處理經驗，即可架設條碼讀取器並開始運作。