よくわかる 2次元コードの 基 本 −実 践 技 術 編− vol 4 INDEX 1章 2 次元コードリーダの読み取り原理と構造から見た使い方を解説します。 1 2次元コードリーダの種類 2 2次元コードリーダの読み取り原理 3 白黒を認識する原理 3 - 1 白黒のとらえ方 3 - 2 色による見え方の違い 3 - 3 読み取り対象ワークの表面状態、形状による特性 ➊反射の種類 ➋鋳肌面に印字された 2次元コード ➌切削・加工面に印字された 2次元コード ➍黒樹脂面に印字された 2次元コード ➎鏡面に印字された 2次元コード 1 2 次 元 コ ードリー ダの 種 類 2次元コードリーダは2 種類に大別されます。 照明 カメラ レンズ カメラ／レンズ 照明 デコーダー 分離型： 一体型： 分離型とは、照明、カメラ、レンズ、デコーダーがそ 照明、カメラ、レンズ、デコーダーが 1 つの筐体に れぞれ 1 つの機器として存在しているタイプの 2 収まっているタイプの 2 次元コードリーダです。 次元コードリーダです。それぞれが分離しているた 1 つの筐体に収めることができるため、高い保護 め、読み取り仕様の自由度が非常に高いタイプの 構造を実現することが可能なタイプです。 リーダです。 3 2 2 次元コードリーダの読み取り原理 ２次元コードリーダは、一般的に撮像した画像から２次元コードを抽出しデコード処理をおこないます。このとき 撮像した画像は、そのまま撮像した画像（グレー画像）からコードを抽出するための 2 値化画像に変換する処理 をおこないます。この２値化処理した画像で正しくコードが認識できなければ、正しくコード読み取りができませ ん。 ① LED より発光した照明光を対象 最適な画像 となるコードに当て、CMOS セン 明るすぎた画像 サ等を使用して撮像します。 ②撮像した画像を取り込みます。 ①撮像画像 グレー画像となっています。 グレー画像とは… いわゆる「白 黒画像」です。白、灰色、黒のな だらかな明るさで表示するた め、2 値化画像と区別し、画像 処理ではこのように呼びます。 ②グレー画像 ③グレー画像を 2 値化画像に変換 します。 ④コードの規格に従ってデコード ③ 2 値化画像 をおこないます。得られた情報を RS-232C 通信や Ethernet 通信で 出力します。 読み取り成功 データ取得 読み取り失敗 データ取得失敗 ②図のように、グレー画像でコードがどのように撮像されているかにより、2 値化画像が大きく変化してしまう ことがわかります。人の目には問題無く認識できる印字状態であっても、２次元コードリーダでは、照明の当たり 方、印字ワークの表面状態、カメラの設定条件により、正しく２次元コードが認識できない状態となります。 4 3 白 黒 を 認 識 する 原 理 3 -1 白黒のとらえ方 コードを読み取るカメラは下記のような原理でコントラスト（白・黒）を捉えています。白く見えている部分は、カメラ に入光する光量が“多い”ため白く見えます。反対に黒く見えている部分は、カメラに入光する光量が“少ない”ため 黒く見えます。この光量の多い・少ないがコントラストに影響します。 カメラ コード部からの 反射光量が少ない 背景部からの 反射光量が多い コード部 （黒） 背景部 （白） 3 - 2 色による見え方の違い 2 次元コードを読み取る場合、コードと背景のコントラストが高くなければいけません。照明光の色、および読み取り 対象コードのコード色や背景色により白黒のとらえ方が変わります。2 次元コードの読み取りをおこなう場合は、色に よる特性を正しく理解する必要があります。色は光の波長により決まります。たとえば赤の光は波長が長く、青の光は 波長が短くなります。人の目は、この波長の違いを色として捉えます。赤く見えるものは赤い光を発する特長を持ってお り、青く見えるものは青い光を発する特長を持っています。 言い換えると、赤く見えるものは赤以外の光は発さない特長を持っており、青く見えるものは青以外の光を発さない 特長を持っています。これを 2 次元コードリーダに置き換えます。一般的に赤色照明を使用することが多いです。 赤色照明で白いもの、黒いもの、赤いもの、青いものを照らした場合、反射は次項のようになります。 5 ■ 赤色照明で白もしくは黒の対象物に照明を当てた場合の反射光 赤色照明 カメラ 白色は、すべての色を反射させる特長を持っていま 入射光 す。したがって、赤色照明から発せられた光は白いも 反射光 のに当たり反射します。 白いもの 赤色照明 カメラ 反対に黒色は、すべての色を吸収する（光を反射し ない）特長を持っています。そのため、赤色照明から 発せられた光は黒いものに当たると、吸収され、ほと 入射光 んど反射がおきません。 反射光 黒いもの 2 次元コードリーダで撮像すると以下の様になります。 2 次元コードリーダー画像 写真 コードの背景は白で明るく、コード部の黒は黒く写真に映っています。 そのため 2 次元コードリーダには、コントラストが高い画像が取得できています。 6 ■ 赤色照明で赤もしくは青の対象物に照明を当てた場合の反射光 赤色照明 カメラ 赤色は、赤色を反射させる特長を持っています。した がって、赤色照明から発せられた光は赤いものにあた 入射光 り反射します。 反射光 赤いもの 赤色照明 カメラ 反対に青色は、青以外の光を吸収する（光を反射しな い）特長を持っています。そのため、赤色照明から発せ られた光は青いものに当たると、吸収され、ほとんど 入射光 反射がおきません。 反射光 青いもの 2 次元コードリーダで撮像すると以下の様になります。 写真 2 次元コードリーダー画像 写真 2 次元コードリーダー画像 赤色のコードは、背景もコードも赤色光を反射する色のため、背景とコードのコントラストが低い状態となっ ています。反対に、青色のコードは、背景は赤色光を反射し、コードは赤色光を吸収します。その結果、背景と コードのコントラストが高い画像が取得できています。 以上のようにコントラストを高くするには、照明光、および対象物の背景とコードの色の組み合わせが重要になりま す。波長が近い色の組み合わせにしてしまうと、コントラストが低くなり、読み取りが不安定になります。2 次元コード を読み取る場合は、照明色、背景色、コード色の関係に合わせて、仕様をご検討ください。 7 3-3 読み取り対象ワークの表面状態、形状による特性 2 次元コードを読み取るうえで、もう一つ重要となるのが、読み取り対象ワークの表面状態や、形状です。ラベル以外 のものに 2 次元コードが印字されている場合、表面状態や形状により、照明光の反射の仕方が変わります。そのため、 そのワークにあった読み取り方をしなければ、安定した読み取りができなくなります。読み取り仕様を決める場合は、 対象ワークの特長を理解する必要があります。 ➊反射の種類 反射は、2 つに大別されます。 入射角 ■ 反射角 鏡面反射 一方向からの光が別の一方向に出て行く反射の ことで、鏡に光を当てたときに起こるような反射 のことを指します。正反射とも呼びます。 鏡面反射の場合、入射角と反射角が等しくなり、 拡散反射はほとんどおきません。 ■ 拡散反射 ざらざらした表面に光が当たり、さまざまな 正反射光 方向に反射することを指します。乱反射とも 拡散反射光 （乱反射光） 呼びます。 8 ➋ 鋳肌面に印字された2 次元コード 鋳肌表面は全体に凸凹があります。ワークの印字表面を拡大すると、セルがマーキングされた部分でも、鋳肌表面の 凸凹の影響により、明るく光るところと黒くなるところが発生します。同様にセルの周囲にも濃淡が発生します。 ［拡大画像］ コードリーダのグレー画像を確認すると、通常の写真で確認するより、背景との差が小さくなることが確認できます。 グレー画像を２値化すると、２次元コードの周囲に黒い成分が多く発生するため、正しく２次元コードを認識できな い状態となります。 ［グレー画像］ ［2値化画像］ コードリーダの照明を強く発光させると、鋳肌面の凸凹の黒い成分が白飛びした状態となります。 セル部分はマーキングにより印字されているため、薄くはなりますが、鋳肌面の凸凹よりはっきりした状態になります。 ２値化画像を見ると、正しくコードが認識できる状態になるため、安定した読み取りが可能です。鋳肌面への直接印字 には , 照明光量を大きくできるようにしてみてください。 ［照明を強くした画像］ ［2値化画像］ 9 ➌ 切削・加工面に印字された 2 次元コード 金属表面には、細い筋状の加工傷がついているときがあります。この加工傷をヘアラインといい、切削面や加工面、ま たは圧延した金属表面に発生します。この細かな加工傷のある表面に照明光を直接照射すると、加工傷方向に対して 垂直に照明光の濃淡が発生し、２次元コードのセルが認識できない状態になります。 ［拡大画像］ 切削面、加工面を研磨していない場合、その加工痕が残った状態となります。上図のように円柱ワークの切断面に 2 次元コードを印字すると、その切断方向に加工痕が残るため、その加工痕方向に照明光が伸びるような状態（下図） となります。 ヘアラインの向きに関係なく２次元コードを印字されている場合が多く、リング照明等を直接照射すると、ワークに よってさまざまな照明の反射状態となるため、安定した読み取りができません。 照明光をムラなく照射するために拡散板を使用します。 （A 図）印字がはっきりとした物であれば、照明光の光量を強 くすることで、２次元コード周囲のヘアライン部分を白飛びさせ、２次元コードのみ浮き上がった状態を作ることがで きます。 （B 図） ヘアライン上に２次元コードを印字する場合は、セルを深くきっちり印字することが重要です。 A図 B図 10 ➍黒樹脂面に印字された 2 次元コード 黒い樹脂ワークは、強度を高めるためにガラス繊維を混ぜることがよくあります。 その影響により、ワーク表面状態が変化したり、印字された２次元コードの発色状態が変化します。 どちらのコードも樹脂面にレーザで印字しています。2 次元コードリーダで画像を取得すると、 ガラス繊維成分の影響により、黒樹脂面が強く反射し、白くなる部分が多く発生します。 通常の状態では、どちらもコードが白く見えるはずですが、グレー画像を見ると、発色が少ない下側のコード部は黒く 反転した状態になっています。これは、コード周囲より、印字部の反射光量が小さい状態となるためです。2 次元コー ドリーダの設定には白黒反転の読み取りを選択するものもあり、このような状態が発生すると、単一の設定条件では 読み取りできない状態になります。 ガラス繊維の光の反射を逃すため、コードリーダを斜め方向に設置し ます。斜めから照明光を照射すると、コードの印字部だけの反射とな り、見た目と同様に、白印字（白黒反転）状態に見えるようになります。 11 ➎ 鏡面に印字された 2 次元コード ウェハ表面や、研磨された表面に２次元コードを印字した場合、ワーク表面に写り込むコードリーダや照明の光源の 影響により、実際の読み取り範囲が非常に狭くなっていたり、２次元コードを正しく認識できない状態になっていたり する場合があります。 鏡面上に印字された２次元コードは、印字方法により、人の見た目では黒発色や白発色の状態になります。しかし、カ メラの画像では、どちらの印字状態でもセルが白い反転状態となります。 コードリーダを正面に設置すると、照明の光源や、コードリーダの読み取り部が、ワーク表面に写り込み、２次元コー ドは正しく認識できても、照明や読み取り部の影響で、安定した読み取りができる範囲が狭くなったり、セルが隠れて しまうような状態が発生します。 コードリーダを斜めに設置することで、 照明の鏡面反射光を逃し、 セルでの拡散反射光のみを受光する コード 面に読 み 取り部が 写り込まない 状態になります。安定した読み取りを実現するためには、 コードリーダをワーク面に対して斜め方向に設置すると良いでしょう。 12 本社・研究所／自動認識事業部 〒533-8555 大阪市東淀川区東中島1- 3 -14 Tel 06 - 6379- 1151 Fax 06 - 6379 - 1150 自動認識事業部 福岡営業所 Tel 022-791-0911 Tel 027-328-1911 Tel 048-832-1711 Tel 03-5715-3911 Tel 045-263-1311 Tel 0566-63-5911 Tel 052-971-3911 Tel 075-352-0911 Tel 06-4807-0911 Tel 092-434-0911 海外事業部 Tel 06 - 6379 - 2211 Fax 06 - 6379 - 2131 仙台営業所 高崎営業所 浦和営業所 東京営業所 横浜営業所 刈谷営業所 名古屋 営 業 所 京都営業所 大阪営業所 Fax 022-791-0922 Fax 027-328-0099 Fax 048-832-1779 Fax 03-5715-3966 Fax 045-263-1388 Fax 0566-63-5922 Fax 052-971-2515 Fax 075-352-2400 Fax 06-4807-0922 Fax 092-434-0988 www.keyence.co.jp/barcode 〒984-0051 仙台市若林区新寺1-3-45 AIプレミアムビル 〒370-0045 群馬県高崎市東町9 ツインシティ高崎 〒330-0063 さいたま市浦和区高砂2-2-3 さいたま浦和ビルディング 〒140-0002 東京都品川区東品川4-12-6 日立ソリューションズタワーB 〒231-0033 横浜市中区長者町5-85 明治安田生命ラジオ日本ビル 〒448-0027 愛知県刈谷市相生町1-1-1 JRF刈谷駅前ビル 〒460-0002 名古屋市中区丸の内3-17-13 CRD丸の内ビル 〒600-8482 京都市下京区堀川通綾小路下ル綾堀川町293-1 堀川通四条ビル 〒532-0003 大阪市淀川区宮原3-5-24 新大阪第一生命ビル 〒812-0011 福岡市博多区博多駅前1-21-28 博多駅前スクエア 〒533 - 8555 大阪市東淀川区東中島1- 3 -14 自動8-1100 記載内容は、発売時点での弊社調べであり、予告なく変更する場合があります。 C 2011 KEYENCE CORPORATION. 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