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)香煙的實物過程，煙草必須在三個連接的工業(yè)倉庫、商業(yè)存儲和商業(yè)存儲中掃描和確認每個香煙的編碼信息。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,在實際運行中,存在浪費勞動力、漏掃碼段、讀取數(shù)據(jù)偏差等問題。《泰安煙草物流自動化高速條形碼圖形識別系統(tǒng)》采用的是視覺系統(tǒng)和圖形識別技術(shù),打破了激光條形碼閱讀器讀取條形碼單一形式,實現(xiàn)了卷煙條形碼讀取由光學(xué)器件到視覺系統(tǒng)和圖像信息識別領(lǐng)域的跨越,也填補了視覺系統(tǒng)、圖形識別領(lǐng)域在煙草行業(yè)應(yīng)用的空白。視覺系統(tǒng)、圖像識別技術(shù)在倉儲自動化領(lǐng)域的應(yīng)用,進一步推動了卷煙倉儲系統(tǒng)自動化水平的發(fā)展。1卷煙入庫流程2005年,國家煙草專賣局在全行業(yè)推行“卷煙生產(chǎn)經(jīng)營決策管理系統(tǒng)”(通常稱之為“一號工程”),要求對卷煙從工業(yè)生產(chǎn)到商業(yè)銷售,實行“兩打三掃”,其中“三掃”是指,卷煙在工業(yè)出庫、商業(yè)入庫、商業(yè)分揀領(lǐng)用出庫三個環(huán)節(jié),都要對每一件卷煙上的條形碼信息掃描確認,從而實現(xiàn)卷煙實物物流追蹤的過程。對于煙草商業(yè)企業(yè)的到貨入庫環(huán)節(jié),需逐一掃描件煙碼段。雖然,國家煙草專賣局提出了工商聯(lián)運,整托盤掃碼入庫的方式,以降低商業(yè)公司在卷煙入庫環(huán)節(jié)上的投入,但這大大降低了卷煙的運輸能力,運輸成本太大。目前來看,在現(xiàn)有的模式下,逐一件煙掃碼入庫的工作流程仍將保留很長一段時間。目前,全行業(yè)通用的條形碼讀取方式為通過激光條形碼掃描平臺(即內(nèi)嵌式條形碼閱讀器,以下簡稱閱讀器)讀取,其工作原理是,通過半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射光源,采用高速馬達帶動一個棱鏡組旋轉(zhuǎn),使二極管發(fā)出的單點激光變成一線掃描條形碼,并將掃描的數(shù)據(jù)信息輸入給計算機等終端設(shè)備?，F(xiàn)使用閱讀器分為手持式、固定式兩種,手持設(shè)備需人工進行逐一掃碼,優(yōu)點是能夠?qū)崟r核對卷煙掃描量,防止漏掃,缺點是需占一個工位,浪費勞動力。固定設(shè)備是將掃碼設(shè)備固定在傳送帶上,自動觸發(fā)進行掃描,這樣有效地減少了勞動強度,但會出現(xiàn)漏掃、讀取數(shù)據(jù)偏差的現(xiàn)像。隨著行業(yè)內(nèi)對數(shù)據(jù)采集準確性、完整性要求越來越高,降低閱讀器的漏碼率、提高采集數(shù)據(jù)的完整性勢在必行。但從工作原理來看,激光條形碼閱讀器只能閱讀能夠辨認的條形碼信息,而對于無法辨認的有效數(shù)據(jù),卻不能做有效的記錄,只能忽略,這樣就無法采集到完整的數(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,往往會因為一條沒有掃描到的條形碼,要對該車全部卷煙實物逐一重復(fù)掃碼,大大增加了勞動強度,降低了卷煙入庫效率,但別無它法。這樣來看,如何快速地找到無法辨認的條形碼,卷煙入庫的工作效率就能有效提高。跳出煙草行業(yè)來看,工業(yè)自動化中產(chǎn)品包裝、形狀識別、表面缺陷監(jiān)測等方面的動態(tài)檢查,自動搬運機、自動售貨機等自動化儀器,甚至醫(yī)療器械的樣本分析,軍事等領(lǐng)域的衛(wèi)星偵察、目標跟蹤等領(lǐng)域,都運用了視覺系統(tǒng)和圖像識別技術(shù)。其工作原理就是,獲取目標圖像,并對圖像信息進行運算、處理,查找特殊的圖像信息,進行進一步細化分析。如此看來,卷煙的條形碼讀取也可以運用視覺系統(tǒng)和圖形識別技術(shù),集成視覺系統(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,建立條形碼圖形識別系統(tǒng)。2應(yīng)用軟件設(shè)計煙草物流自動化高速條形碼圖形識別系統(tǒng)為自主開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng),集成了視覺圖像采集、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)包括紅外對射觸發(fā)器、工業(yè)相機(CCD芯片,千兆網(wǎng)卡傳輸)、光源設(shè)備、工控機(內(nèi)嵌圖像處理軟件),無線網(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視覺軟件包為基礎(chǔ),通過VisualC++平臺自主開發(fā),并嵌入式寫入工控機中。系統(tǒng)硬件設(shè)備的選擇,以現(xiàn)使用的傳送帶入庫卷煙模式為基礎(chǔ),具體運行流程為,卷煙通過煙姿糾正導(dǎo)軌,規(guī)則地通過紅外對射觸發(fā)器,觸發(fā)工業(yè)相機拍照,并將圖像傳送給工控機,工控機通過圖形識別軟件分析圖像,將運算結(jié)果以條形碼數(shù)據(jù),通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊,傳遞給卷煙到貨入庫掃碼系統(tǒng),形成件煙掃碼數(shù)據(jù)。3獲取所識別的圖像條形碼圖形識別系統(tǒng)的關(guān)鍵包括兩個方面:一是如何獲取可識別的圖像信息,即視覺系統(tǒng)的圖像采集;二是圖形識別軟件通過條形碼圖像來獲取數(shù)據(jù)信息,即圖像識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算。3.1長煙物的拍攝(1)圖像成像質(zhì)量硬件要素。在系統(tǒng)應(yīng)用過程中,影響獲取圖像的質(zhì)量最主要因素包括,工業(yè)相機的分辨率,即拍攝圖片的像素數(shù);工業(yè)相機的最大幀率,即相機采集傳輸圖像的速率;光源的強度和設(shè)定角度,即相機拍攝時的光線條件。視覺系統(tǒng)的其他指標以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)定,對拍攝圖片質(zhì)量也有影響,但工業(yè)相機的品牌不同,相關(guān)指標及參數(shù)也有差異,這需要確定相機品牌后,通過實際測試來進一步確定。(2)確定拍攝圖像成像范圍。煙草行業(yè)統(tǒng)一條形碼標簽的標準中,條形碼最小間距為0.2mm,按照圖形識別軟件要求,圖片的最佳識別效果為4個像素以上,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,相機的像素需達到500萬以上;相機拍攝時,卷煙在傳送帶上動態(tài)行進,這就要求工業(yè)相機的拍照過程為動態(tài)抓取。一般地,入庫傳送帶的傳輸速度為0.6-0.8米/秒,這要求工業(yè)相機抓取圖片的最大幀率需達到30幀/秒以上。綜上,工業(yè)相機的選擇最低要求即為500萬像素,30幀/秒,此類工業(yè)相機現(xiàn)行市場價格都在3萬元以上,造價太高,不利于項目推廣。國家煙草專賣局對條形碼標簽粘貼標準,有明確的位置要求,在卷煙生產(chǎn)過程中也都嚴格執(zhí)行,即煙箱長度1/4,寬度1/3處。這樣以來,就可以減少拍攝圖像面積,只對有效的條形碼區(qū)域進行拍攝,從而降低工業(yè)相機的像素及幀率要求。根據(jù)實物測算,拍1/2煙箱的圖像,工業(yè)相機基本指標為200萬像素,最大幀率為15幀/秒即可,此類工業(yè)相機市場價為6000元/臺左右,大大降低了系統(tǒng)造價。(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)不同的光照強度,來調(diào)整拍攝角度及焦距位置。工業(yè)相機的成像原理也一樣,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)相機及光源固定到遮光罩內(nèi),工業(yè)相機在拍攝時,處于相對密閉的環(huán)境下,以確保拍攝時光源穩(wěn)定。3.2條形碼圖像的識別條形碼識別軟件的核心是HexSight視覺數(shù)據(jù)包,通過數(shù)據(jù)包的定位器和條形碼識別兩個工具包來完成。(1)定位器工具的應(yīng)用。定位器工具的作用就是確定目標圖像的位置,無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,模板選定為目標圖像中固定形狀的圖像。行業(yè)統(tǒng)一的條形碼標簽中,除了條形碼外,其他均為統(tǒng)一標準,我們選取了條形碼標簽左上角的煙草LOGO為圖形模板,作為查找目標圖像的標準,來鎖定圖像的條形碼位置。(2)條形碼識別工具的應(yīng)用。條形碼識別工具是按照條形碼編碼規(guī)則開發(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。程序運行時,圖像信息定位后,自動調(diào)用條形碼識別工具,輸出條形碼的數(shù)值信息。(3)無法識別條形碼圖像信息回查功能。在應(yīng)用程序中,對于無法識別的條形碼圖像,設(shè)定回查模塊,實現(xiàn)對于程序未能識別的圖像,存儲到制定的文件夾中,在完成該批次卷煙入庫后,人工回查圖片無法識別原因,進行人工辨認、補錄數(shù)據(jù)。另外,規(guī)范圖片的命名標準,按批次、拍攝順序依次命名,圖片仍無法辨認的條形碼,可以按照順序查找件煙實物。應(yīng)用程序嵌入式寫入工控機,設(shè)定參數(shù)修改權(quán)限,既保證程序參數(shù)的個性化設(shè)定,又能防止軟件破解。4硬件環(huán)境測試(1)工業(yè)相機選型。在實際工作條件下,對十幾款工業(yè)相機進行測試,并對比分析圖像效果,確定工業(yè)相機的基本型號如下:(2)硬件設(shè)備運行參數(shù)設(shè)定。通過實際工作環(huán)境下硬件環(huán)境測試,確保圖像的成像質(zhì)量,對硬件環(huán)境的參數(shù)設(shè)定為:工業(yè)相機參數(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