Le basi del processo di classificazione dei codici a barre 1D ISO 15416 

Un codice a barre 1D è costituito da una sequenza di elementi barra e spazio che creano un insieme di dati in base al modello delle loro larghezze. Ci si riferisce a ogni singola barra o spazio come ad un elemento. I gruppi di barre e spazi che formano un modello specifico è denominato “caratteri”. Ogni simbologia presenta un insieme diverso di modelli che si traducono in caratteri.  

Per essere decodificata, una linea di scansione attraversa il codice orizzontalmente misurando i livelli di riflettività per determinare la dimensione e il modello della barra e degli spazi. Mentre la linea di scansione si muove attraverso il codice, la luce viene riflessa mentre attraversa i moduli con spazi e viene invece assorbita dai moduli con barre. Il percorso della luce che va dallo scuro al chiaro è ciò che crea un profilo di riflettanza di scansione o SRP (scan reflectance profile). Quando la linea di scansione attraversa le barre scure si registra un calo del profilo di riflettanza di scansione al di sotto della soglia complessiva che, successivamente, risale nuovamente al di sopra della soglia globale quando attraversa gli spazi chiari. La linea tratteggiata nell’immagine rappresenta la soglia globale, ossia ciò che definisce i valori della scala di grigi che determinano la distinzione tra chiaro e scuro.

Ogni parametro valutato si basa sul profilo di riflettanza di scansione. Idealmente il profilo di riflettanza di scansione rappresenta le barre e gli spazi così come sono stati concepiti al momento della stampa. Il codice in questa immagine fornisce un esempio di codice con problemi dovuti a difetti e modulazione. Quando la linea di scansione attraversa il punto difettoso il percorso della luce inizia a scendere, interrompendo la curva liscia e determinando un calo netto. Vi è anche uno spazio che non è così luminoso come gli altri e, di conseguenza, il profilo di riflettanza non raggiunge la stessa altezza degli altri elementi di spazio, mettendo in evidenza un problema di modulazione.

Processo di valutazione secondo la norma ISO 15416

Utilizzando il processo di valutazione secondo la norma 15416, i codici a barre 1D vengono valutati calcolando la media dei risultati di 10 linee di scansione. Ogni linea di scansione viene valutata rispetto a nove diversi parametri per valutarne la leggibilità. Il parametro con la valutazione più bassa diventa la valutazione di scansione per la linea di scansione in questione. Al fine di determinare la valutazione complessiva si calcola quindi la media di tutti i punteggi delle scansioni per ciascuna linea di scansione.

Dimensione di apertura 1D

Il profilo di riflettanza della scansione consiste in campioni acquisiti per tutta la lunghezza del codice. Il diametro dell’area campionata è la dimensione di apertura. Le aperture sono espresse in mil che equivalgono a millesimi di pollice. La dimensione di apertura è specificata dallo standard di applicazione in uso. Se l’apertura è impostata su “auto” e viene selezionato uno standard di applicazione, il software imposterà automaticamente l’apertura raccomandata in tale standard.  

Se non si dispone di uno standard di applicazione a cui fare riferimento, la tabella che segue fornisce una raccomandazione generale sulle dimensioni di apertura da utilizzare.

Risolvere la sfida dello speckle

Gli ingegneri cercano di ridurre l’impatto dello speckle sulla triangolazione laser con vari metodi. Dal momento che i fattori determinanti o le variabili di base che possono controllare lo speckle sono la lunghezza d’onda e l’apertura della telecamera, il passaggio a una lunghezza d’onda più corta e una telecamera con un’apertura maggiore può ridurre lo speckle mediamente del 50%. Tuttavia l’errore peak-to-valley è cambiato poco. Se la linea soggetta a speckle fosse una strada accidentata, ci sarebbero meno buche e in media sarebbero meno profonde, ma in definitiva ce ne sarebbero comunque numerose grandi. 

Un altro metodo comunemente utilizzato per contrastare l’effetto speckle consiste nell’acquisire più immagini e mediarle. Questo metodo elimina lo speckle dall’immagine per l’inverso della radice quadrata del numero di immagini, a condizione che i modelli di speckle siano stati variati sufficientemente attraverso movimento o altro sistema. L’immagine risultante sarebbe naturalmente nella media delle caratteristiche spaziali, richiedendo però anche una notevole quantità di tempo e di costi per elaborazione. 

Due tecniche classiche usate nell’olografia laser riducono o eliminano quasi lo speckle muovendo il laser o muovendo un diffusore tra il laser e la scena illuminata. Questa soluzione riduce significativamente lo speckle, ma lo spostamento di oggetti pesanti, in questo caso del peso di pochi grammi, limita i tempi di integrazione della telecamera a molti millisecondi, quando numerose misurazioni richiedono invece poche decine di microsecondi. Inoltre, i diffusori deteriorano la qualità del fascio, rendendo impossibile ottenere un sottile fascio di luce.

La promessa di una visione artificiale speckle-free per l’automazione di fabbrica  

Cognex ha brevettato una soluzione di visione di profilatura laser 3D, In-Sight L38, che elimina aspetto ed effetti dello speckle e produce una linea perfettamente dritta, pulita e luminosa, rendendo il sistema più resistente agli ambienti sporchi e permettendo il perfetto funzionamento all’interno dei limiti di sicurezza visiva laser Classe 2M.  

L’approccio dell’In-Sight L38 inizia con un laser blu da 450 nm guidato da uno specchio microelettromeccanico (MEM) che spazza il raggio avanti e indietro a 26 kHz verso una speciale ottica di diffusione. Questo elemento ottico a stato solido presenta la proprietà unica di diffondere la luce laser in una direzione in un ventaglio perfettamente uniforme, mantenendo uno “spessore del fascio” equivalente a un raggio laser non diffuso e l’affidabilità comune alle soluzioni monolitiche a semiconduttore per la direzione del fascio.  

Inoltre, la distribuzione dell’intensità lungo la linea è uniforme. Una lente di campo concentra il ventaglio laser, e non si registra alcuna perdita di luce significativa rispetto ai generatori di linee laser più tradizionali. Insieme, questi due elementi ottici generano una linea laser sull’oggetto che, una volta riflessa verso il sensore, elimina lo speckle mantenendo la luminosità del laser. A differenza dei sistemi meccanici che cercano di mitigare gli effetti speckle, il nuovo laser speckle-free ne elimina le cause alla fonte. Questo elimina tanto le buche superficiali quanto quelle profonde lungo il percorso per sviluppare un sistema d’ispezione a scansione laser 3D di successo.  

Infine, dato che la linea laser viene proiettata da migliaia di punti diversi lungo l’ottica multicomponente, rende il dispositivo più resistente contro i contaminanti che potrebbero bloccare il proiettore laser. Questo metodo di proiezione presenta l’ulteriore vantaggio di essere sicuro per l’operatore. Le sorgenti laser dell’In-Sight L38 sono classificate come 2M piuttosto che come 3B o 3R, abbassando significativamente le attrezzature di sicurezza richieste, le risorse di ingegnerizzazione e i costi di implementazione.

L’intensità elevata del laser puntata sul prodotto genera un valore di segnale-disturbo più elevato di qualsiasi altra soluzione di profilazione laser 3D a “granulosità ridotta”. Ciò consente ai sistemi di funzionare in media più rapidamente della migliore soluzione concorrente, con tempi di acquisizione dei singoli fotogrammi di appena 26 us. Un ridotto speckle significa anche una risoluzione spaziale più elevata che si traduce in misurazioni 3D più precise. Come ulteriore vantaggio, la nitidezza e la luminosità della linea laser e la velocità di acquisizione fanno sì che le immagini volumetriche 2D in scala di grigi e 3D ad alta risoluzione possano essere generate dalla stessa soluzione, aggiungendo significativamente capacità, riducendo allo stesso tempo i costi.