Nach der Markteinführung des kompakten und bewährten Bildverarbeitungssystems der A100/A200 Reihe vor zwei Jahren wurde jetzt die Funktionalität mit einer neuen „OCR“-Software erweitert. Matsushita, als innovatives Unternehmen, reagiert somit kurzfristig auf die gestiegenen Ansprüche seiner Kunden im Bereich Zeichenerkennung.
Dipl.-Ing. (Univ.) Wolfgang Bayerle, Applikationsingenieur für BV, Matsushita Electric Works GmbH, Holzkirchen
Der Einsatz intelligenter Kameras stößt manchmal aufgrund zu geringer Leistungsfähigkeit bzw. Auswertegeschwindigkeit schnell an ihre Grenzen. Im Gegenzug haben PC-basierte Systeme des öfteren eine niedrigere Akzeptanz beim Kunden, da diese speziell geschultes Personal erfordern. Um beide Nachteile zu kompensieren bietet Matsushita schon seit geraumer Zeit leistungsfähige Kompakt-Bildverarbeitungssysteme an (Bild 1).
Die „kompakte“ Klasse
Als Hardware Plattform für die A-Serie dient sowohl dem A100 als auch dem A200 eine 32-bit RISC CPU von Hitachi. Während der A100 nur einen Kameraanschluss besitzt, verfügt der A200 über deren zwei. Außerdem besteht die Möglichkeit über einen Video Switch Adapter zusätzliche Kameras zu nutzen. Die Parametrierung des Systems erfolgt über ein „Keypad“. Für die Kompaktklasse stehen im Moment drei unterschiedliche Softwarepakete zur Verfügung: Die vielfach bewährte „Multichecker“-Software, das „High Speed“-Paket und die neue „OCR“-Software als Weiterentwicklung der bereits bestehenden „OCV“-Version. Im Folgenden soll der Begriff des OCV/OCR näher erläutert werden.
Was heißt OCR?
Unter dem Begriff „Zeichenkontrolle“ finden sich zahlreiche kryptische Abkürzungen, die in nebenstehender Tabelle zusammengefasst sind. Der Hauptaugenmerk dieses Fachbeitrages ist die Zeichenerkennung (OCR). In der Industrie gibt es vielfältige Applikationen, bei denen nicht nur die Anwesenheit bzw. Qualität von Zeichen geprüft werden sollen, sondern auch deren inhaltliche Information. Das klassische Beispiel ist die Verifizierung des Haltbarkeitsdatums in der Getränke-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie.
Als geeignete Druckverfahren zur Prüfung erweist sich in der Praxis vor allem der Tampondruck, Heiß/Trockenprägung, Thermotransferdruck und Laserdruck, da diese einen hochwertigen gleichmäßigen Druck ermöglichen.
Wie arbeite ich mit OCR?
Die Ergebnisse einer von Matsushita durchgeführten Kundenbefragung zeigen als Hauptwünsche folgende Punkt: Einfachheit, Sicherheit und Flexibilität!
Einfachheit: Im Bildverarbeitungssystem sind bereits die ISO-Schriftsätze OCR-A und OCR-B integriert, d.h. Einlernen und Zuweisen von Zeichen entfällt. Selbstverständlich lassen sich jederzeit auch andere Zeichensätze anlernen. Die Schriftproben müssen dazu nur unter die Kamera gehalten werden. Die Software erkennt selbständig die einzelnen Zeichen und speichert sie, nach einer Zuordnung, ab. Die charakteristischen Merkmale zur Unterscheidung der Zeichen werden ebenfalls alle automatisch erkannt und einem neuronalen Netz zur Auswertung übergeben. Neuronale Netze gewährleisten, bei dem heutigen Stand der Technik, höchste Erkennungssicherheit. Diese kann durch wiederholtes Anlernen immer weiter verbessert werden, bis beste Leseergebnisse erreicht sind. Größenschwankungen der Zeichen begegnet das System durch eine interne Normierung. Dadurch werden Toleranzen, die z.B. beim Tampondruck auftreten können (Abnutzung des Stempels) berücksichtigt, und die Pseudofehlerrate signifikant gesenkt.
Der Hintergrund beeinflusst im großen Maße die Erkennungsgenauigkeit. Auf rauem oder verkratztem Background sinkt der Kontrast zur Schrift. Spezielle Softwareroutinen reduzieren den Einfluss des Hintergrundes auf die Zeichen weiter, indem sie Rauschen oder Helligkeitsschwankungen, wie sie in der Industrie durch Chargenvarianz auftreten, unterdrücken. Das Softwarepaket OCR umfasst neben dem Lesen von Zeichen auch noch eine OCV Funktionalität, die das Gerät sehr flexibel macht. Damit können nicht nur Zeichen gelesen werden, sondern auch Aussagen über die Qualität des Zeichens getroffen werden. Eine in der Praxis häufig vorkommende Situation, denn oft muß z.B. der Datencode gelesen und gleichzeitig der Druck auf Fehlerfreiheit geprüft werden. Als Qualitätsmerkmale dienen z.B. Größenschwankungen, Änderung der Strichstärke, Ausbrüche oder Kratzer. Damit stellt OCV eine sinnvolle Ergänzung zu OCR dar. Mit OCR versucht man möglichst noch alle Zeichen zu lesen, auch wenn sie „schlecht“ gedruckt sind. Während man mit OVC über die Qualität dieser Zeichen eine Aussage dazu trifft. Die Flexibilität des OCR-Paketes wird durch die Implementierung einzelner Softwareteile aus dem bewährten Multichecker nochmals erhöht. Somit können auch Vermessungs- und Positionskontrollen, sowie Anwesenheitsprüfungen und Typenunterscheidungen durchgeführt werden. Die Datenausgabe erfolgt über die parallele oder serielle Schnittstelle. Durch den Vergleich der „gelesenen“ Zeichen mit einem Referenzstring kann ein „i. O.“ bzw. „n. i. O.“-Signal an eine übergeordnete Steuerung weitergegeben werden. Alternativ lassen sich die Zeichen auch im ASCII-Code übermittelten.
Applikationsbeispiele
Der Einsatzbereich ist sehr weit gefächert. Angefangen von der Automobil-, Elektro- und Kosmetikindustrie bis hin zur Pharma- und Lebensmittelbranche. In jedem dieser Wirtschaftszweige werden Chargennummern oder Produktions- und Verfalldaten erfasst. Folgende zwei Beispiele stehen repräsentativ für den Einsatzgebiet der OCR-Software.
Das erste Beispiel stammt aus der Automobilindustrie. Hier werden Nockenwellen kontrolliert, die mit Laser gekennzeichnet werden (Bild 2). Die verschiedenen Typen unterschieden sich unter anderem durch den Winkel, wie die Nocken zueinander liegen. Aus Gründen der Lesbarkeit für den Werker ist an Stelle eines Barcodes eine Klarschrift zur Unterscheidung angebracht. Wird bei der Auslieferung ein Typ verwechselt, kann dies später zu teuren Schäden am Motor führen. Daher werden alle Beschriftungen vor dem Versand noch einmal gelesen, und mit der Vorgabe aus der Produktionsdatenbank verglichen. Besonders problematisch war hier der schwankenden Hintergrund. Erst die spezielle Hintergrundunterdrückung des A200 erzielt hier die gewünschte Sicherheit.
Die zweite Applikation entspringt der Elektrobranche. Dabei sollen Artikelnummern von baugleichen Leistungsrelais ausgelesen werden und die Ausbuchtung für das Entlüftungsloch geprüft werden (Bild 3). Da verschiedene, aber äußerlich baugleiche Typen über eine Förderanlage laufen, kann eine Identifikation nur über die Artikelnummer (in der 3.Zeile von oben) realisiert werden. Mit Hilfe der OCR Software ist das Auslesen der Artikelnummer kein Problem. Als Vorteilhaft erwies sich die Anschlussmöglichkeit einer zweiten Kamera. So konnte eine geometrische Überprüfung der Ausbuchtung ohne einer zusätzlichen Auswerteeinheit realisiert werden.
Fazit: Einfach, sicher und flexibel
Die Reihe dieser Applikationsbeispiele aus der Praxis ließe sich beliebig verlängern. Durch die Einführung der OCR Software steht dem Kunden ein einfach handhabbares System zur Verfügung. Die bereits integrierten Schriften vereinfachen das „Handling“. Durch das neuronale Netz erhöht sich durch vermehrtes „Trainieren“ die Sicherheit.
Die Flexibilität dieses Softwarepaketes wird durch Ausgabe von Zeichen, Kontrolle deren Druckqualität und zusätzliche Überprüfung der geometrische Form des Druckträgers unter Beweis gestellt.
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