激光條形碼信息掃描在卷煙物流領(lǐng)域的應(yīng)用

激光條形碼信息掃描在卷煙物流領(lǐng)域的應(yīng)用

為了跟蹤工業(yè)香煙的實(shí)物過(guò)程，煙草必須在三個(gè)連接的工業(yè)倉(cāng)庫(kù)、商業(yè)存儲(chǔ)和商業(yè)存儲(chǔ)中掃描和確認(rèn)每個(gè)香煙的編碼信息。目前,煙草行業(yè)使用的條形碼讀取方式通常為激光條形碼掃描,在實(shí)際運(yùn)行中,存在浪費(fèi)勞動(dòng)力、漏掃碼段、讀取數(shù)據(jù)偏差等問(wèn)題。《泰安煙草物流自動(dòng)化高速條形碼圖形識(shí)別系統(tǒng)》采用的是視覺(jué)系統(tǒng)和圖形識(shí)別技術(shù),打破了激光條形碼閱讀器讀取條形碼單一形式,實(shí)現(xiàn)了卷煙條形碼讀取由光學(xué)器件到視覺(jué)系統(tǒng)和圖像信息識(shí)別領(lǐng)域的跨越,也填補(bǔ)了視覺(jué)系統(tǒng)、圖形識(shí)別領(lǐng)域在煙草行業(yè)應(yīng)用的空白。視覺(jué)系統(tǒng)、圖像識(shí)別技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用,進(jìn)一步推動(dòng)了卷煙倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)自動(dòng)化水平的發(fā)展。1卷煙入庫(kù)流程2005年,國(guó)家煙草專賣局在全行業(yè)推行“卷煙生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策管理系統(tǒng)”(通常稱之為“一號(hào)工程”),要求對(duì)卷煙從工業(yè)生產(chǎn)到商業(yè)銷售,實(shí)行“兩打三掃”,其中“三掃”是指,卷煙在工業(yè)出庫(kù)、商業(yè)入庫(kù)、商業(yè)分揀領(lǐng)用出庫(kù)三個(gè)環(huán)節(jié),都要對(duì)每一件卷煙上的條形碼信息掃描確認(rèn),從而實(shí)現(xiàn)卷煙實(shí)物物流追蹤的過(guò)程。對(duì)于煙草商業(yè)企業(yè)的到貨入庫(kù)環(huán)節(jié),需逐一掃描件煙碼段。雖然,國(guó)家煙草專賣局提出了工商聯(lián)運(yùn),整托盤(pán)掃碼入庫(kù)的方式,以降低商業(yè)公司在卷煙入庫(kù)環(huán)節(jié)上的投入,但這大大降低了卷煙的運(yùn)輸能力,運(yùn)輸成本太大。目前來(lái)看,在現(xiàn)有的模式下,逐一件煙掃碼入庫(kù)的工作流程仍將保留很長(zhǎng)一段時(shí)間。目前,全行業(yè)通用的條形碼讀取方式為通過(guò)激光條形碼掃描平臺(tái)(即內(nèi)嵌式條形碼閱讀器,以下簡(jiǎn)稱閱讀器)讀取,其工作原理是,通過(guò)半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射光源,采用高速馬達(dá)帶動(dòng)一個(gè)棱鏡組旋轉(zhuǎn),使二極管發(fā)出的單點(diǎn)激光變成一線掃描條形碼,并將掃描的數(shù)據(jù)信息輸入給計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備?，F(xiàn)使用閱讀器分為手持式、固定式兩種,手持設(shè)備需人工進(jìn)行逐一掃碼,優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崟r(shí)核對(duì)卷煙掃描量,防止漏掃,缺點(diǎn)是需占一個(gè)工位,浪費(fèi)勞動(dòng)力。固定設(shè)備是將掃碼設(shè)備固定在傳送帶上,自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)行掃描,這樣有效地減少了勞動(dòng)強(qiáng)度,但會(huì)出現(xiàn)漏掃、讀取數(shù)據(jù)偏差的現(xiàn)像。隨著行業(yè)內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性、完整性要求越來(lái)越高,降低閱讀器的漏碼率、提高采集數(shù)據(jù)的完整性勢(shì)在必行。但從工作原理來(lái)看,激光條形碼閱讀器只能閱讀能夠辨認(rèn)的條形碼信息,而對(duì)于無(wú)法辨認(rèn)的有效數(shù)據(jù),卻不能做有效的記錄,只能忽略,這樣就無(wú)法采集到完整的數(shù)據(jù)信息。目前,高端的激光閱讀器漏碼率在1/300以下,但我們到貨卷煙每批次大多為1000件,有的甚至是2000件。工作中,往往會(huì)因?yàn)橐粭l沒(méi)有掃描到的條形碼,要對(duì)該車全部卷煙實(shí)物逐一重復(fù)掃碼,大大增加了勞動(dòng)強(qiáng)度,降低了卷煙入庫(kù)效率,但別無(wú)它法。這樣來(lái)看,如何快速地找到無(wú)法辨認(rèn)的條形碼,卷煙入庫(kù)的工作效率就能有效提高。跳出煙草行業(yè)來(lái)看,工業(yè)自動(dòng)化中產(chǎn)品包裝、形狀識(shí)別、表面缺陷監(jiān)測(cè)等方面的動(dòng)態(tài)檢查,自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)等自動(dòng)化儀器,甚至醫(yī)療器械的樣本分析,軍事等領(lǐng)域的衛(wèi)星偵察、目標(biāo)跟蹤等領(lǐng)域,都運(yùn)用了視覺(jué)系統(tǒng)和圖像識(shí)別技術(shù)。其工作原理就是,獲取目標(biāo)圖像,并對(duì)圖像信息進(jìn)行運(yùn)算、處理,查找特殊的圖像信息,進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化分析。如此看來(lái),卷煙的條形碼讀取也可以運(yùn)用視覺(jué)系統(tǒng)和圖形識(shí)別技術(shù),集成視覺(jué)系統(tǒng)的硬件設(shè)備、條形碼圖像處理軟件、通訊傳送系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備,建立條形碼圖形識(shí)別系統(tǒng)。2應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)煙草物流自動(dòng)化高速條形碼圖形識(shí)別系統(tǒng)為自主開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng),集成了視覺(jué)圖像采集、圖像處理、數(shù)據(jù)通訊等全流程模塊,包括硬件設(shè)備、應(yīng)用軟件兩部分。硬件系統(tǒng)包括紅外對(duì)射觸發(fā)器、工業(yè)相機(jī)(CCD芯片,千兆網(wǎng)卡傳輸)、光源設(shè)備、工控機(jī)(內(nèi)嵌圖像處理軟件),無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、煙姿糾正導(dǎo)軌等。應(yīng)用軟件主要是圖像處理軟件,以HexSight視覺(jué)軟件包為基礎(chǔ),通過(guò)VisualC++平臺(tái)自主開(kāi)發(fā),并嵌入式寫(xiě)入工控機(jī)中。系統(tǒng)硬件設(shè)備的選擇,以現(xiàn)使用的傳送帶入庫(kù)卷煙模式為基礎(chǔ),具體運(yùn)行流程為,卷煙通過(guò)煙姿糾正導(dǎo)軌,規(guī)則地通過(guò)紅外對(duì)射觸發(fā)器,觸發(fā)工業(yè)相機(jī)拍照,并將圖像傳送給工控機(jī),工控機(jī)通過(guò)圖形識(shí)別軟件分析圖像,將運(yùn)算結(jié)果以條形碼數(shù)據(jù),通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊,傳遞給卷煙到貨入庫(kù)掃碼系統(tǒng),形成件煙掃碼數(shù)據(jù)。3獲取所識(shí)別的圖像條形碼圖形識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵包括兩個(gè)方面:一是如何獲取可識(shí)別的圖像信息,即視覺(jué)系統(tǒng)的圖像采集;二是圖形識(shí)別軟件通過(guò)條形碼圖像來(lái)獲取數(shù)據(jù)信息,即圖像識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算。3.1長(zhǎng)煙物的拍攝(1)圖像成像質(zhì)量硬件要素。在系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中,影響獲取圖像的質(zhì)量最主要因素包括,工業(yè)相機(jī)的分辨率,即拍攝圖片的像素?cái)?shù);工業(yè)相機(jī)的最大幀率,即相機(jī)采集傳輸圖像的速率;光源的強(qiáng)度和設(shè)定角度,即相機(jī)拍攝時(shí)的光線條件。視覺(jué)系統(tǒng)的其他指標(biāo)以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)定,對(duì)拍攝圖片質(zhì)量也有影響,但工業(yè)相機(jī)的品牌不同,相關(guān)指標(biāo)及參數(shù)也有差異,這需要確定相機(jī)品牌后,通過(guò)實(shí)際測(cè)試來(lái)進(jìn)一步確定。(2)確定拍攝圖像成像范圍。煙草行業(yè)統(tǒng)一條形碼標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)中,條形碼最小間距為0.2mm,按照?qǐng)D形識(shí)別軟件要求,圖片的最佳識(shí)別效果為4個(gè)像素以上,結(jié)合我們使用的件煙箱尺寸600mm×480mm,如此推算,若想拍攝符合要求的圖片,相機(jī)的像素需達(dá)到500萬(wàn)以上;相機(jī)拍攝時(shí),卷煙在傳送帶上動(dòng)態(tài)行進(jìn),這就要求工業(yè)相機(jī)的拍照過(guò)程為動(dòng)態(tài)抓取。一般地,入庫(kù)傳送帶的傳輸速度為0.6-0.8米/秒,這要求工業(yè)相機(jī)抓取圖片的最大幀率需達(dá)到30幀/秒以上。綜上,工業(yè)相機(jī)的選擇最低要求即為500萬(wàn)像素,30幀/秒,此類工業(yè)相機(jī)現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)格都在3萬(wàn)元以上,造價(jià)太高,不利于項(xiàng)目推廣。國(guó)家煙草專賣局對(duì)條形碼標(biāo)簽粘貼標(biāo)準(zhǔn),有明確的位置要求,在卷煙生產(chǎn)過(guò)程中也都嚴(yán)格執(zhí)行,即煙箱長(zhǎng)度1/4,寬度1/3處。這樣以來(lái),就可以減少拍攝圖像面積,只對(duì)有效的條形碼區(qū)域進(jìn)行拍攝,從而降低工業(yè)相機(jī)的像素及幀率要求。根據(jù)實(shí)物測(cè)算,拍1/2煙箱的圖像,工業(yè)相機(jī)基本指標(biāo)為200萬(wàn)像素,最大幀率為15幀/秒即可,此類工業(yè)相機(jī)市場(chǎng)價(jià)為6000元/臺(tái)左右,大大降低了系統(tǒng)造價(jià)。(3)成像的光照條件。在日常生活中,為能夠拍到理想的照片,需根據(jù)不同的光照強(qiáng)度,來(lái)調(diào)整拍攝角度及焦距位置。工業(yè)相機(jī)的成像原理也一樣,穩(wěn)定的光照條件,也是能夠取得高質(zhì)量圖像的關(guān)鍵因素。工業(yè)相機(jī)及光源固定到遮光罩內(nèi),工業(yè)相機(jī)在拍攝時(shí),處于相對(duì)密閉的環(huán)境下,以確保拍攝時(shí)光源穩(wěn)定。3.2條形碼圖像的識(shí)別條形碼識(shí)別軟件的核心是HexSight視覺(jué)數(shù)據(jù)包,通過(guò)數(shù)據(jù)包的定位器和條形碼識(shí)別兩個(gè)工具包來(lái)完成。(1)定位器工具的應(yīng)用。定位器工具的作用就是確定目標(biāo)圖像的位置,無(wú)論已定義模板的圖像以什么角度、位置出現(xiàn),該工具都能定位模板并糾正其位置,模板選定為目標(biāo)圖像中固定形狀的圖像。行業(yè)統(tǒng)一的條形碼標(biāo)簽中,除了條形碼外,其他均為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),我們選取了條形碼標(biāo)簽左上角的煙草LOGO為圖形模板,作為查找目標(biāo)圖像的標(biāo)準(zhǔn),來(lái)鎖定圖像的條形碼位置。(2)條形碼識(shí)別工具的應(yīng)用。條形碼識(shí)別工具是按照條形碼編碼規(guī)則開(kāi)發(fā)的工具包,能夠?qū)l形碼的形狀信息翻譯為數(shù)值信息的應(yīng)用模塊。程序運(yùn)行時(shí),圖像信息定位后,自動(dòng)調(diào)用條形碼識(shí)別工具,輸出條形碼的數(shù)值信息。(3)無(wú)法識(shí)別條形碼圖像信息回查功能。在應(yīng)用程序中,對(duì)于無(wú)法識(shí)別的條形碼圖像,設(shè)定回查模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)于程序未能識(shí)別的圖像,存儲(chǔ)到制定的文件夾中,在完成該批次卷煙入庫(kù)后,人工回查圖片無(wú)法識(shí)別原因,進(jìn)行人工辨認(rèn)、補(bǔ)錄數(shù)據(jù)。另外,規(guī)范圖片的命名標(biāo)準(zhǔn),按批次、拍攝順序依次命名,圖片仍無(wú)法辨認(rèn)的條形碼,可以按照順序查找件煙實(shí)物。應(yīng)用程序嵌入式寫(xiě)入工控機(jī),設(shè)定參數(shù)修改權(quán)限,既保證程序參數(shù)的個(gè)性化設(shè)定,又能防止軟件破解。4硬件環(huán)境測(cè)試(1)工業(yè)相機(jī)選型。在實(shí)際工作條件下,對(duì)十幾款工業(yè)相機(jī)進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)比分析圖像效果,確定工業(yè)相機(jī)的基本型號(hào)如下:(2)硬件設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)定。通過(guò)實(shí)際工作環(huán)境下硬件環(huán)境測(cè)試,確保圖像的成像質(zhì)量,對(duì)硬件環(huán)境的參數(shù)設(shè)定為:工業(yè)相機(jī)參數(shù)設(shè)定:幀曝光10~15f/s;數(shù)據(jù)傳輸100~900×ns;數(shù)據(jù)包大小8000