Intelligente Zeilenkamera als Embedded Highspeed-Code-Reader
Der Beitrag zeigt auf, wie mit hochintegrierten Hard- und Softwarekomponenten ein eigens entwickelter embedded OCR / OCV Code Reader für den Einsatz in schnellen Maschinen realisiert wurde.
Der FastCodeReader mit integrierter Zeilenkamera liest mit einem Tintenstrahler gedruckte Codes, die mit 10 m/s an der Kamera vorbei geführt werden. Die Entwicklungsumgebung ViewIT ermöglicht es dem Anwender eigene Anwendungen schnell zu entwickeln. (Bild: Imago Technologies GmbH)
Irgendwo in der Druckindustrie: Die Maschine transportiert das Bahnmaterial mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s. Ein Tintenstrahldrucker druckt Codes oder Ziffern auf diverses Material und der Code soll in einer Maschine an einer Stelle gelesen werden, in der nur ein autarkes Smart Camera System Platz hat. Zeit für Emdedded Vision! Welche Herausforderungen gibt es noch in dieser von Geschwindigkeit geprägten Industrieumgebung? Das Material in den Maschinen ist häufig unterschiedlich, sodass diese mit einer einzigen Beleuchtungsvariante nicht erfasst werden können. Im vorliegenden Fall wird die Beleuchtung mit einer diffusen und einer fokussierten LED ausgelegt. Integriert werden soll das Gesamtsystem (intelligente Kamera, zwei Beleuchtungen und Befestigungen) als Embedded System. Daher ist eine eigene Gehäusekonstruktion erforderlich, die es ermöglicht, das System mit wenigen Handgriffen zu montieren. Bei der hohen Geschwindigkeit, sowie den Material- und Bildeigenschaften und insbesondere der Art der bedruckten Codes kann keine Standardsoftware die Aufgabe erledigen, da der Druck von Tintenstrahldruckern bei den genannten Geschwindigkeiten alles andere als harmonisch ist. Die Bildverarbeitungsalgorithmik muss daher auch Vorwissen über die Art des Druckes haben, damit anschließend Code, Zahlen oder Buchstaben gelesen werden können.
Aufbau der VisionCam: Die Rechenleistung der Dual-Core ARM Cortex A15 CPU ist sehr gut. Zudem stehen zwei weitere Coprozessoren zur Verfügung. (Bild: Imago Technologies GmbH)
Intelligente Zeilenkamera
Die VisionCam, eine intelligente Zeilenkamera von Imago Technologies mit einem Linux-Betriebssystem, wurde für diese Applikation ausgewählt. Die Schnittstellen wie Encoder-Eingang, digitale IO und GigE sind geeignet, um die Kamera in die Maschinensteuerung/-bedienung einzubinden. Für die LED-Beleuchtungen wurden spezielle Stromcontroller entwickelt. Eine Speziallinse sorgt dafür, dass Licht der sehr hellen LEDs auf einen schmalen Streifen gebündelt wird. Unter Linux kann das gesamte Bildverarbeitungsprogramm inkl. browserbasierter GUI entwickelt werden. Bibliotheken wie z.B. Halcon können eingebunden werden. Die Entwicklungsumgebung ViewIT ermöglicht es dem Anwender die Anwendungen inkl. GUI selber zu entwickeln. ViewIT hat bereits eine Reihe von Basisfunktionen wie Bildanzeige/-aufnahme, IO-Handling und OPC/UA-Unterstützung integriert. Die Software ermöglicht es, Halcon-Scripte auszuführen. Unter dem Tool HDevelop von MVTec wird die Vision-Lösung entwickelt und anschließend via ViewIT in die Umgebung der intelligenten Kamera integriert.
Erhöhung der Lesesicherheit
Aufgrund der hohen Druckgeschwindigkeit ist das Lesen von Zahlen eine Herausforderung, d.h. auch die Algorithmen müssen für diese Aufgabe optimiert werden. Die Rechenleistung der Dual-Core ARM Cortex A15 CPU ist sehr gut, zudem stehen zwei weitere Coprozessoren zur Verfügung. Hierbei handelt es sich für Bildverarbeitungsalgorithmen gut geeignete digitale Signalprozessoren. Zur weiteren Erhöhung der Lesesicherheit hat Imago einen zum Patent angemeldeten Trick verwendet. Die Steuerung, die den Nummerncode für den Drucker erzeugt, berechnet eine Prüfsumme und druckt diese an den Nummerncode. Die VisionCam liest den Nummerncode sowie die Prüfsumme, ein möglicher Lesefehler wird also umgehend durch die Prüfsumme detektiert. Damit werden Lesefehler vermieden bzw. dieser Indikator zeigt an, dass der Drucker evtl. nicht mehr perfekt druckt.
