Die Grundlagen des 1D-Barcode-Bewertungsprozesses nach ISO 15416 

Ein 1D-Barcode besteht aus einer Abfolge von Strichen und Abständen, die auf Grundlage des Musters ihrer Breiten einen Datensatz erzeugen. Jeder einzelne Strich oder Abstand wird als Element bezeichnet. Gruppen von Strichen und Abständen, die ein bestimmtes Muster bilden, werden als Zeichen bezeichnet. Jede Symbologie hat einen anderen Mustersatz, der sich in Zeichen übertragen lässt. 

Zum Dekodieren kreuzt eine Scanlinie den Barcode horizontal und misst das Reflexionsvermögen, um die Größe und das Muster der Striche und Abstände zu bestimmen. Wenn sich die Scanlinie über den Barcode bewegt, wird Licht beim Überqueren der Abstandsmodule reflektiert und von den Strichmodulen absorbiert. Der von dunkel nach hell verlaufende Lichtweg erzeugt ein Scan-Reflexions-Profil oder SRP. Wenn die Scanlinie über die dunklen Striche fährt, sinkt das SRP unter den Gesamt-Schwellenwert und steigt dann wieder über den Gesamt-Schwellenwert, wenn sie die hellen Abstände überquert. Die gepunktete Linie in dem Bild entspricht dem Gesamt-Schwellenwert, der die Graustufenwerte zwischen hell und dunkel definiert.

Jeder eingestufte Parameter basiert auf dem SRP. Im Idealfall stellt das SRP die Striche und Abstände so dar, wie es bei ihrem Druck beabsichtigt war. Der Barcode in diesem Bild zeigt ein Beispiel für einen Barcode mit Fehler und Modulationsproblemen. Wenn die Scanlinie über den fehlerhaften Punkt fährt, beginnt der Lichtweg abzufallen und unterbricht die glatte Kurve mit einem Einbruch. Es gibt auch einen Abstand, der nicht so hell ist wie die anderen, sodass das Reflexionsprofil nicht die gleiche Höhe wie andere Elemente erreicht, was ein Problem mit der Modulation offenbart.

Bewertungsprozess nach ISO 15416

Unter Verwendung des ISO 15416-Bewertungsprozesses werden 1D-Barcodes durch Mittelung der Ergebnisse von 10 Scanlinien eingestuft. Jede Scanlinie wird mit neun verschiedenen Parametern abgestuft, um die Lesbarkeit zu beurteilen. Der am niedrigsten eingestufte Parameter wird zur Scanklasse für die Scanlinie. Sämtliche Scanklassen werden dann für jede Scanlinie gemittelt, um die Gesamtklasse zu berechnen.

1D-Öffnungsgröße

Das Scan-Reflexions-Profil besteht aus Mustern über die Länge des Barcodes. Der Durchmesser der Messfläche ist die Öffnungsgröße. Öffnungen werden in Mils angegeben, was einem 1000stel Zoll entspricht. Die Öffnungsgröße wird durch den verwendeten Anwendungsstandard bestimmt. Wenn die Öffnung auf „Auto“ eingestellt und ein Anwendungsstandard ausgewählt ist, stellt die Software automatisch die in diesem Anwendungsstandard empfohlene Öffnung ein. 

Wenn Sie keinen Anwendungsstandard als Referenz haben, gibt die folgende Tabelle eine allgemeine Empfehlung für die zu verwendenden Öffnungsgrößen.

Lösung für das Speckle-Problem

Ingenieure versuchen, die Auswirkungen von Speckle auf die Lasertriangulation mit verschiedenen Methoden zu verringern. Die grundlegenden Faktoren oder Variablen, mit denen Speckle kontrolliert werden kann, sind Wellenlänge und Kamerablende. Die Umstellung auf eine kürzere Wellenlänge und eine größere Öffnung kann also den durchschnittlichen Speckle um 50 % verringern. Jedoch ist der Spitze-Tal-Fehler kaum verändert. Wenn Ihre Linie mit Speckle eine Straße mit Schlaglöchern wäre, gäbe es weniger Schlaglöcher und sie wären im Durchschnitt weniger tief, jedoch würden Sie möglicherweise auf einige große treffen. 

Eine andere häufig eingesetzte Methode zur Bekämpfung des Speckle-Effekts ist die Aufnahme mehrerer Bilder und deren Mittelung. Diese Methode entfernt Speckle aus dem Bild im Verhältnis der Umkehrfunktion der Quadratwurzel der Anzahl der Bilder, sofern sich die Speckle-Muster ausreichend durch Bewegung oder andere Mittel geändert haben. Das resultierende Bild würde natürlich räumliche Merkmale mitteln, aber auch viel Zeit und Verarbeitungsaufwand erfordern. 

Zwei in der Laserholographie eingesetzte klassische Techniken verringern oder beseitigen Speckle nahezu. Dies wird entweder durch Bewegung des Lasers oder Bewegung eines Diffusors zwischen dem Laser und der zu beleuchtenden Szene erreicht. Das verringert den Speckle deutlich, jedoch würde die Bewegung schwerer Dinge – in diesem Fall alles, was zumindest einige wenige Gramm wiegt – die Zeiten für die Kamera–Einbindung auf viele Millisekunden begrenzen, und viele Messungen benötigen einige Zehntel Mikrosekunden. Außerdem zerstören Diffusoren die Qualität des Strahls und machen es dadurch unmöglich, ein dünnes Lichtfeld zu erreichen.

Das Versprechen einer Speckle-freien Bildverarbeitung für die Fabrikautomation  

Cognex hat eine patentierte 3D-Laserprofilierungs-Bildverarbeitungslösung, die In-Sight L38, entwickelt, die das Auftreten und die Auswirkungen von Speckles eliminiert und eine extrem gerade, saubere und helle Linie erzeugt, während das System gegen verschmutzte Umgebungen gehärtet ist und innerhalb der Augensicherheitsgrenzen der Laserklasse 2M arbeitet.  

Der Ansatz des In-Sight L38 beginnt mit einem blauen 450-nm-Laser, der von einem mikroelektromechanischen (MEM) Spiegel gesteuert wird, der den Strahl mit 26 kHz hin und her zu einer speziellen Diffusoroptik schwenkt. Dieses optische Halbleiterelement verfügt über die einzigartige Eigenschaft, den Laserstrahl in eine Richtung in einem völlig gleichmäßigen Fächer zu verbreiten, während es eine „Felddicke“ aufrechterhält, die einem nicht verbreiteten Laserstrahl mit der Stabilität entspricht, die bei monolithischen Halbleiterlösungen zur Strahlsteuerung üblich ist.  

Darüber hinaus ist die Intensitätsverteilung entlang der Linie einheitlich. Ein Feldobjektiv konzentriert den Laserfächer, und es gibt keinen signifikanten Lichtverlust im Vergleich zu traditionelleren Laserliniengeneratoren. Diese beiden optischen Elemente erzeugen zusammen eine Laserlinie auf dem Objekt, das nach der Reflexion zum Sensor Speckle entfernt, während die Helligkeit des Lasers beibehalten wird. Im Gegensatz zu mechanischen Systemen, die versuchen, den Speckle-Effekt zu verringern, beseitigt der neue Speckle-freie Laser die Ursachen für Speckle an der Quelle. Dabei werden sowohl die flachen als auch die tiefen „Schlaglöcher“ beseitigt, die es auf dem Entwicklungsweg zu einem erfolgreichen Prüfsystem mit 3D-Laser-Scanning gibt.  

Da die Laserlinie von tausenden verschiedenen Punkten entlang der mehrteiligen Optik projiziert wird, macht es das Gerät gegen unempfindlich gegen Verunreinigungen, die den Laserprojektor blockieren könnten. Diese Projektionsmethode hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie für das Bedienpersonal sicher ist. Die Laserquellen des In-Sight L38 sind als 2M statt als 3B oder 3R klassifiziert, wodurch der Bedarf an Sicherheitsausrüstung, technischen Ressourcen und Inbetriebnahmekosten erheblich reduziert wird.

Die auf das Produkt gerichtete hohe Laserintensität erzeugt einen höheren Signal-Rausch-Wert als jede andere 3D-Laser-Profilscanninglösung „mit weniger Speckle“. Dadurch läuft das System durchschnittlich schneller als das beste Konkurrenzprodukt, mit einzelnen Frame-Erfassungszeiten von nur 26 µs. Weniger Speckle bedeutet auch eine höhere räumliche Auflösung, die zu genaueren 3D-Messungen führt. Als zusätzlicher Vorteil bedeuten die Schärfe und Helligkeit der Laserlinie und die Erfassungsgeschwindigkeit, dass hochauflösende 2D-Graustufen- und 3D-Volumenbilder mit derselben Lösung erzeugt werden können. Dies macht sie deutlich leistungsfähiger und verringert die Kosten.