電子機器工場向け、部品リールのラベルを読み取りバーコードステッカーを印刷するOCRカメラシステム

課題の背景

この事例の課題は、作業者がコードを読んで印刷プログラムに手入力することなく、部品リールのラベルから工場のバーコードステッカーを印刷することでした。お客様は電子機器工場で、複数ブランドの部品メーカーから部品をリール（Reel）で受け入れています。部品を使用する前に、工場は自社の2種類のフォームに沿ったバーコードステッカーを貼る必要があります。

部品メーカーのラベルはブランドごとにコードと数量の記載位置が異なり、ステッカーに印刷する情報は工場のマスターデータファイルにあります。作業者がリールごとにラベルを読んでコードを入力すると、作業に時間がかかり入力ミスの可能性もあります。そのためお客様は、既存のラベルからシステムがコードを読み取り、マスターデータファイルと照合し、印刷すべきステッカーの枚数を示すことを求めていました。

要件と制約

システムは複数形式のラベルを読み取る必要があり、一部のラベル型式をまだ自動で読み取れない場合でも印刷できる必要がありました。主な要件と制約は次のとおりです。

• 複数ブランドの部品メーカーのラベルを読み取ります。ブランドごとに文字の配置が異なるため、ラベル型式別に読み取り位置の枠を設定する必要があります。
• 数量（Qty）はファイルから取得せず、常に実際のラベルから読み取ります。同じコードの部品でも数量が異なる場合があるためです。
• システムに取り込んだCSVマスターデータファイル（データ表ファイル）と照合します。ファイルは2種類のステッカーフォームごとに分けています。
• Zebra 110Xi4バーコードプリンターで印刷を指示します。ソフトウェアはWindows 10のコンピューターで動作し、Pythonで開発しました。
• カメラを使わずにステッカーを印刷するManualモードを備えています。これはプロジェクト提案の段階からの要件です。

なぜ既存のラベルを読み取り、マスターデータファイルからデータを取得するのか

システムが既存のラベルを読み取るのは、部品のコードと数量が既にメーカーのラベルに印字されているためです。一方、工場がステッカーに必要とする情報は工場のマスターデータファイルにあります。OCRがPart NameかPart No.のどちらか一方を読み取れれば、もう一方の項目はシステムがファイルから取得します。そのため、ステッカー上の部品コードは毎回同じマスターデータファイルに由来します。

ユーザーの役割は、コードを項目ごとに入力することではなく、画面上のデータを確認して印刷ボタンを押すことです。プロジェクトの要件にはカメラを使わずに印刷するManualモードも含まれています。このモードにより、システムがまだ自動で読み取れないラベルでもステッカーを印刷できます。

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   ラベル型式を選択し、リールをカメラの下に置く

   ユーザーは部品のブランドに合ったラベル型式（Model）を選択してリールを台に置き、ハンドスイッチ、フットスイッチ、画面上のCaptureボタン、またはEnterキーを押して撮影を指示します。

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   指定した枠内の文字をOCRで読み取る

   Basler ace USB 3.0カメラがラベルを撮影し、システムはそのラベル型式に設定された位置枠の中だけで、OCRによりPart Name、Part No.、Qtyを読み取ります。

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   CSVマスターデータファイルとの照合

   システムは取り込み済みのCSVマスターデータファイルから一致するデータを検索します。Part NameかPart No.のどちらか一方を読み取れた場合は、もう一方の項目をファイルから取得して表示します。

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   データを確認して印刷を指示

   画面に印刷するデータとステッカー枚数の欄が表示されます。ユーザーが確認して印刷ボタンを押すと、システムはステッカーフォームにデータを配置し、Zebra 110Xi4バーコードプリンターへ送信します。

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   新しい部品メーカーが加わったときのラベル型式追加

   Create Template画面では、ラベル型式の名前の設定、各項目の位置枠の指定、印刷するバーコードの種類の選択を行います。Trainingモードは、OCRモデルの追加学習に使うラベル画像を保存するために使います。

納入物

当社はMachine Vision（カメラとソフトウェアによる画像検査システム）カメラステーション1式を、Barcode Printing Systemソフトウェア、およびシステム分析からユーザーマニュアルまでのサービス業務とともに納品しました。

• カメラステーション: Basler ace USB 3.0カメラ、レンズ、コントローラ付き照明ユニット、カバー付きステーションフレーム、撮影を指示するハンドスイッチ／フットスイッチ（Hand/Foot Switch）
• Windows 10上のソフトウェア: Autoモード、Manualモード、CSVファイルの取り込み、Create Template画面、ラベル型式の編集と削除、Trainingモード
• 印刷指示: 工場の2種類のステッカーフォームにデータを配置し、Zebra 110Xi4バーコードプリンターへ送信
• サービス業務: システム分析、画面およびVision/OCRソフトウェアの開発、当社および現場でのテスト、文書とマニュアルの作成

納品後、本システムはどのように保守されてきたか

2021年の納品後、お客様は本システムについて2回の追加発注を行いました。2022年のシステム保守と、2026年の現場でのソフトウェアアップグレードです。アップグレードにより、ソフトウェアは装置の新しいオペレーティングシステムで動作できるようになりました。

1. 2021年: システム分析、ソフトウェア開発、カメラステーションの納品、お客様との納品テスト項目に沿ったテスト
2. 2022年: Machine Visionシステムの保守
3. 2026年: 装置の新しいオペレーティングシステムで動作するよう現場でソフトウェアをアップグレード

納品テストにより確認できた成果

確認できた成果は、2021年10月の納品テストによるものです。納品テスト項目（Exit Criteria）は、Autoモード、Manualモード、CSVファイルの取り込み、Create Template画面、ラベル型式の編集、ハンドスイッチとフットスイッチによる撮影指示を対象としています。お客様がManualモードをテストしたところ正常に使用でき、同じ月の中旬から装置の実運用が始まりました。

工場の2種類のステッカーフォームは、2つの部品グループに使用されます。2021年末の時点で、当社は最初のグループの部品ラベル向けのOCRモデルを学習済みで、Autoモードの調整を続けていました。もう一方のグループの部品ラベルはモデルを未学習のため、Manualモードでステッカーを印刷していました。

この事例には読み取り正解率の測定値がないため、当社はOCRの精度の数値を示していません。確認できた成果は、装置が実運用で使用されていること、そしてお客様が2022年にシステム保守、2026年にソフトウェアアップグレードを発注したことです。

私たちが学んだこと

複数メーカーのラベルを読み取る業務には印刷の代替手段が必要で、どのデータをラベルから読み取り、どのデータをファイルから取得するのかを明確に分ける必要があります。この案件から得られた原則は次のとおりです。

• 複数メーカーのラベルを読み取るOCRシステムには、初日から印刷の代替手段が必要です。ラベル型式ごとに位置枠の設定とモデルの学習を個別に行う必要があります。Manualモードがあれば、Autoモードの調整中でも工場は実運用を開始できます。
• ラベルから読み取るのは、検索に使うコードと、数量のようにリールごとに変わるデータだけにします。ステッカー上のその他のデータは工場のマスターデータファイルから取得します。どちらか一方のコードを読み取れれば、もう一方のコードもシステムがファイルから取得できます。
• 装置の実運用が始まると、プログラムの修正には現場との事前の日程調整が必要になります。また、バーコードプリンターの設定やオペレーティングシステム変更時のソフトウェアアップグレードを含め、長期的な保守計画を立てる必要があります。

この手法をお客様の工場に適用する方法

貴社の工場で、受け入れた部品に自社のバーコードステッカーを貼る必要があり、部品のマスターデータファイルをすでにお持ちであれば、この事例と同じ方法を利用できます。元のラベルからコードを読み取り、マスターデータファイルと照合してから印刷する方法です。調整が必要な部分は、貴社のラベル形式とプリンターによって異なります。

• 使用しているすべてのブランドの部品メーカーについて、実際のラベルのサンプルを準備します。ラベル形式ごとに個別の設定とモデル学習が必要なためです。
• どの項目を実際のラベルから読み取り、どの項目をマスターデータファイルから取得するかを明確に定めます。
• CSVマスターデータファイルの管理担当者と、新しいファイルをシステムに取り込む方法を取り決めます。
• 現場の実際のラベルでテストする期間を見込み、本番稼働後のシステム保守を計画します。