作者：Jens Wallmann

投稿人：DigiKey 歐洲編輯

工廠自動化和貨物跟蹤系統設計人員需要能夠讀取熱敏打印、光刻或金屬點陣等條碼標簽類型的光學條碼讀取器。要解碼傳送帶上快速移動且不斷變化的條碼標簽，需要讀取器具備低延時、高分辨率的圖像處理功能，能夠準確解碼損壞或臟污的條碼。盡管存在光照條件不佳、標簽方向不可預測及標簽形狀凹凸不平等情況，但讀取器必須在惡劣環境中保持可靠運行。

為了在符合成本與時間限制的同時滿足這些需求，工業工廠設計人員可以使用現成即用的條碼讀取器，這些讀取器可以根據各種目標應用場景而隨時配置。

本文簡要討論了條碼標準和讀取器要求，隨后介紹了 [Omron Automation and Safety]的基于圖像的合適條碼讀取器，這些讀取器可在現場輕松配置，并輔以各種彩燈和濾光片模塊。本文討論了支持的條碼標準、布線以及如何配置讀取器軟件。

條碼標準類型

條碼類型多種多樣，而且每種類型都具有獨特功能和要求。圖 1 所示為線性（一維）條碼、堆疊式線性條碼、矩陣（二維）條碼和 DotCode（點碼）符號示例，以及在不同材料上以不同對比度和分辨率質量進行直接零件標記 (DPM) 的照片。

圖 1：讀取器需要支持各種條碼，包括線性（一維）條碼、堆疊式線性條碼、二維矩陣符號和 DotCode（點碼）符號（上圖）。DPM 具有不同的對比度和分辨率特性（下圖）。（圖片來源：Omron）

圖 2 右側的二維矩陣顯示了二維碼結構：四個正方形參考標記定義了條碼標簽的讀取方向，而兩條斑馬線則表示讀取時鐘。一半以上的單元格包含用戶數據字，其余的作為糾錯冗余位。

圖 2：二維碼在數據字（左）中添加了糾錯及參考和時鐘標記。可調節的糾錯級別可重建 7% 至 30% 的丟失符號區域（右圖）。（圖片來源：Omron）

如果使用 Reed-Solomon 算法生成二維碼符號，糾錯功能可以重建 7% 至 30% 的丟失符號區域，具體取決于所選的級別（圖 2，右圖）。根據 ISO/IEC 24778 標準，Aztec 碼是一種適用于空間受限應用的二維點陣碼，可在任何方向讀取，并規定了 5% 至 95% 的可調糾錯率。

基于圖像的條碼讀取器集成了圖像處理功能

Omron 的小型 MicroHAWK[V430-F]系列條碼讀取器可以充分展示讀取器的先進性與功能發展。這些讀取器可以在嚴苛工廠環境中可靠地讀取各種表面上的不同矩陣條碼。使用功能強大的糾錯算法，以高達 60 fps 的速度解碼受損和不完整的符號。先進的光學器件結合了單色或彩色圖像傳感器，分辨率高達 5 MP，并提供各種定焦或自動對焦選項。

[V430-F000L12M-SRX]單色條碼讀取器的分辨率為 1280 x 960 像素 (1.2 MP)（圖 3）。該讀取器集成了一個景深達 1160 mm 的自動對焦鏡頭、8 個紅色聚光燈 LED 和 800 MHz 的圖像處理器，封裝尺寸為 44.5 mm（寬）x 25.5 mm（高）x 56.9 mm（深）。

圖 3：所示為集成照明功能的 V430-F000L12M-SRX 條碼讀取器（左），以及擴展增加 LED 環形燈和漫射器模塊（右）。（圖片來源：Omron）

V430-F 讀取器具有 IP67 防護等級，可在工業生產區域現場輕松安裝和配置。板載圖像處理功能可捕捉一維、二維和點陣碼，并在對比度較低的條件下檢測 DPM。設備的錯誤和圖像處理算法可以解碼損壞、臟污、模糊或扭曲的條碼標簽，并將其輸出為純 ASCII 文本。

V430-F 系列的一些重要功能包括：

• 支持的條碼標準：
  • ISO/IEC 15415：DataMatrix（ECC200、GS1）、二維碼、微型二維碼
  • ISO/IEC TR 29158：DataMatrix（ECC200、GS1）
  • ISO/IEC 15416：條碼 128/GS1-12、UPC/EAN (JAN)、ITF、條碼 39、條碼 93、Codabar
  • ISO/IEC 16022：DataMatrix（ECC200、GS1）
• 三種分辨率選項:
  • 752 x 480 (0.3 MP) 或 1280 x 960 (1.2 MP) 單色，2592 x 1944 (5.0 MP) 彩色
• 50 至 300 mm 自動對焦、75 至 1200 mm 自動對焦和定焦
• 焦距：廣角、中焦或窄角/長焦
• 讀取周期為 32 ms，速度高達 60 fps
• 電源電壓為 5 至 30 V，可選以太網供電 (PoE)（模式 B），24 V 時的電流消耗為 180 mA
• 三個輸入/輸出 (I/O) 控制端口由光耦合器隔離
• 通過 RS-232、TCP/IP、以太網/IP 或 Profinet 通信
• 菊花鏈最多可連接 8 個讀取器
• 基于瀏覽器進行配置和監控的 WebLink 圖形用戶界面 (GUI)

[V430-F000W12M-SRP]版本使用廣角鏡頭，其圖像處理固件采用 Plus Mode 替代 X-Mode 糾錯。Plus Mode 適用于標簽等高對比度條碼，而 X-Mode 的積極符號定位、分析和重建算法使其適用于所有標簽，包括低印刷級條碼和 DPM。F430 系列設備具有雙重功能，即可以同時作為條碼讀取器和視覺檢測系統運行。

附加模塊可提高對比度

F430 系列有多種選項，可滿足各種應用需求。例如，易于安裝附加模塊，如帶有 8 或 24 個 LED（紅色、白色、藍色或紅外）的環形燈 ([V430-AL])，可擴展條碼讀取器的對比度范圍。此外，彩色和偏振濾光片及漫射器 ([V430-AF]) 還能減少來自光滑表面的雜散光和眩光（圖 4）。

圖 4：漫射器和偏振濾光片可減少反光和雜散光，從而提高對比度并減少讀取誤差。（圖片來源：Omron）

連接條碼讀取器

V430-F 條碼讀取器配備兩個 M12 插座，支持多種連接選項（圖 5）。通信插座允許主機 PC 通過以太網/IP、TCP/IP 或 Profinet 讀取解碼數據，配置和監控條碼讀取器，并可選擇通過 PoE（模式 B）供電。第二個插頭連接到用于過程控制的可編程邏輯控制器 (PLC)，包括一個觸發輸入端、一個 RS-232 接口和三個輸入/輸出切換信號。還可使用該插頭為 V430-F 供電。條碼讀取器的解碼數據讀取、配置和監控也可通過 V430-F 的 RS-232 終端完成。

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

Omron 為 V430 系列 [(V430-W]) 提供經過配置的以太網、I/O 和 RS-232 電纜。如果 V430-F 搭載安裝光電傳感器、輔助 LED 燈和電源等外設元器件，則 [98-000103-02] 接口可提供實用的四路分配點。

WebLink 用戶界面

與條碼讀取器集成的 WebLink 服務器可為用戶提供圖形用戶界面，用戶只需在瀏覽器中輸入 http://192.168.188.2 即可調用。設計人員可以從中控制、監控、配置和讀出 V430-F。

圖 6：可通過 WebLink 用戶界面控制、讀取和配置 V430-F。（圖片來源：Omron）

（開始）選項卡包含所有已連接讀取器的型號特定信息，可以從這里開始創建配置文件。（設置）選項卡左側顯示重要的配置設置，中間區域顯示攝像頭圖像，并提供圖像處理工具來界定條碼捕捉區域。右側的輸出窗口連續顯示已解碼的條碼數據字，這些數據字也可通過 WebLink 終端進行跟蹤或通過 RS-232 接口讀出。

配置參數

為了顯著加快解碼速度，設計人員可以精確劃分檢測區域，定義預期的條碼類型，并優化設置圖像處理算法。還可以修改解碼數據字的輸出格式，并插入、交換或提取字符。

無論是通過終端命令行使用 K 命令，或直接更改 WebLink 菜單項 （高級設置）中的值，設計人員可以配置以下功能區的參數：攝像頭設置、通信、讀取周期、符號、I/O、符號質量、匹配字符串、診斷、圖像存儲和 配置數據庫 。

一旦在攝像頭可視范圍制作了感興趣窗口 (WOI) 部分，所有相關的條碼標簽區域（稱為感興趣區域 (ROI)）就會在此區域內定義。最多可在配置數據庫中配置 10 個此類 ROI。在 （運行）模式下，V430-F 可以在這些參數集之間切換。

各種特殊算法可以提高較差的符號質量，可通過 （高級解碼參數）菜單項進行配置：

• 二維損壞模式可以解碼網格對齊扭曲或單元格注冊不良的符號。圖 7 左上角顯示了其工作原理。可通過串行命令
• 嘗試形態操縱應用形態擴張或侵蝕，并嘗試解碼。圖 7 右上角展示該算法如何增加信號強度并減少噪音。可通過串行命令

圖 7：圖像處理算法（如損壞模式、形態學和放大/縮小）使劣質圖像也能解碼。（圖片來源：Omron）

• 曲面二維專為數據矩陣和二維碼符號設計。
  如果紅線和綠線的長度比（如圖 8 所示）大于 20:1，則將激活曲面二維算法。可通過串行命令

圖 8：曲面二維圖像處理算法可自動檢測曲面條碼標簽，并在解碼前予以矯正。（圖片來源：Omron）

• 根據 ISO/IEC 15416 標準，符號質量將輸出 A 至 F 級的詳細評估結果。可使用串行命令 *quiet zone> （K726、光圈、整體、邊緣確定、解碼、對比度、最小反射率、最小邊緣對比度、調制、缺陷、可解碼性和靜態區域）分別啟用每個參數。串行命令

表 1：串行命令

總結

基于圖像的 V430-F 系列條碼讀取器結構緊湊，可在嚴苛的工廠環境中高速可靠地解碼不同表面上的各種條碼標準。如圖所示，強大的集成圖像處理功能可通過瀏覽器輕松配置，設計人員無需專門的圖像處理經驗即可啟動并運行條碼讀取器。