激光条形码信息扫描在卷烟物流领域的应用

激光条形码信息扫描在卷烟物流领域的应用

为了跟踪工业香烟的实物过程，烟草必须在三个连接的工业仓库、商业存储和商业存储中扫描和确认每个香烟的编码信息。目前,烟草行业使用的条形码读取方式通常为激光条形码扫描,在实际运行中,存在浪费劳动力、漏扫码段、读取数据偏差等问题。《泰安烟草物流自动化高速条形码图形识别系统》采用的是视觉系统和图形识别技术,打破了激光条形码阅读器读取条形码单一形式,实现了卷烟条形码读取由光学器件到视觉系统和图像信息识别领域的跨越,也填补了视觉系统、图形识别领域在烟草行业应用的空白。视觉系统、图像识别技术在仓储自动化领域的应用,进一步推动了卷烟仓储系统自动化水平的发展。1卷烟入库流程2005年,国家烟草专卖局在全行业推行“卷烟生产经营决策管理系统”(通常称之为“一号工程”),要求对卷烟从工业生产到商业销售,实行“两打三扫”,其中“三扫”是指,卷烟在工业出库、商业入库、商业分拣领用出库三个环节,都要对每一件卷烟上的条形码信息扫描确认,从而实现卷烟实物物流追踪的过程。对于烟草商业企业的到货入库环节,需逐一扫描件烟码段。虽然,国家烟草专卖局提出了工商联运,整托盘扫码入库的方式,以降低商业公司在卷烟入库环节上的投入,但这大大降低了卷烟的运输能力,运输成本太大。目前来看,在现有的模式下,逐一件烟扫码入库的工作流程仍将保留很长一段时间。目前,全行业通用的条形码读取方式为通过激光条形码扫描平台(即内嵌式条形码阅读器,以下简称阅读器)读取,其工作原理是,通过半导体激光二极管发射光源,采用高速马达带动一个棱镜组旋转,使二极管发出的单点激光变成一线扫描条形码,并将扫描的数据信息输入给计算机等终端设备。现使用阅读器分为手持式、固定式两种,手持设备需人工进行逐一扫码,优点是能够实时核对卷烟扫描量,防止漏扫,缺点是需占一个工位,浪费劳动力。固定设备是将扫码设备固定在传送带上,自动触发进行扫描,这样有效地减少了劳动强度,但会出现漏扫、读取数据偏差的现像。随着行业内对数据采集准确性、完整性要求越来越高,降低阅读器的漏码率、提高采集数据的完整性势在必行。但从工作原理来看,激光条形码阅读器只能阅读能够辨认的条形码信息,而对于无法辨认的有效数据,却不能做有效的记录,只能忽略,这样就无法采集到完整的数据信息。目前,高端的激光阅读器漏码率在1/300以下,但我们到货卷烟每批次大多为1000件,有的甚至是2000件。工作中,往往会因为一条没有扫描到的条形码,要对该车全部卷烟实物逐一重复扫码,大大增加了劳动强度,降低了卷烟入库效率,但别无它法。这样来看,如何快速地找到无法辨认的条形码,卷烟入库的工作效率就能有效提高。跳出烟草行业来看,工业自动化中产品包装、形状识别、表面缺陷监测等方面的动态检查,自动搬运机、自动售货机等自动化仪器,甚至医疗器械的样本分析,军事等领域的卫星侦察、目标跟踪等领域,都运用了视觉系统和图像识别技术。其工作原理就是,获取目标图像,并对图像信息进行运算、处理,查找特殊的图像信息,进行进一步细化分析。如此看来,卷烟的条形码读取也可以运用视觉系统和图形识别技术,集成视觉系统的硬件设备、条形码图像处理软件、通讯传送系统等相关设备,建立条形码图形识别系统。2应用软件设计烟草物流自动化高速条形码图形识别系统为自主开发应用系统,集成了视觉图像采集、图像处理、数据通讯等全流程模块,包括硬件设备、应用软件两部分。硬件系统包括红外对射触发器、工业相机(CCD芯片,千兆网卡传输)、光源设备、工控机(内嵌图像处理软件),无线网络传输模块、烟姿纠正导轨等。应用软件主要是图像处理软件,以HexSight视觉软件包为基础,通过VisualC++平台自主开发,并嵌入式写入工控机中。系统硬件设备的选择,以现使用的传送带入库卷烟模式为基础,具体运行流程为,卷烟通过烟姿纠正导轨,规则地通过红外对射触发器,触发工业相机拍照,并将图像传送给工控机,工控机通过图形识别软件分析图像,将运算结果以条形码数据,通过无线网络传输模块,传递给卷烟到货入库扫码系统,形成件烟扫码数据。3获取所识别的图像条形码图形识别系统的关键包括两个方面:一是如何获取可识别的图像信息,即视觉系统的图像采集;二是图形识别软件通过条形码图像来获取数据信息,即图像识别系统的数据运算。3.1长烟物的拍摄(1)图像成像质量硬件要素。在系统应用过程中,影响获取图像的质量最主要因素包括,工业相机的分辨率,即拍摄图片的像素数;工业相机的最大帧率,即相机采集传输图像的速率;光源的强度和设定角度,即相机拍摄时的光线条件。视觉系统的其他指标以及相关参数的设定,对拍摄图片质量也有影响,但工业相机的品牌不同,相关指标及参数也有差异,这需要确定相机品牌后,通过实际测试来进一步确定。(2)确定拍摄图像成像范围。烟草行业统一条形码标签的标准中,条形码最小间距为0.2mm,按照图形识别软件要求,图片的最佳识别效果为4个像素以上,结合我们使用的件烟箱尺寸600mm×480mm,如此推算,若想拍摄符合要求的图片,相机的像素需达到500万以上;相机拍摄时,卷烟在传送带上动态行进,这就要求工业相机的拍照过程为动态抓取。一般地,入库传送带的传输速度为0.6-0.8米/秒,这要求工业相机抓取图片的最大帧率需达到30帧/秒以上。综上,工业相机的选择最低要求即为500万像素,30帧/秒,此类工业相机现行市场价格都在3万元以上,造价太高,不利于项目推广。国家烟草专卖局对条形码标签粘贴标准,有明确的位置要求,在卷烟生产过程中也都严格执行,即烟箱长度1/4,宽度1/3处。这样以来,就可以减少拍摄图像面积,只对有效的条形码区域进行拍摄,从而降低工业相机的像素及帧率要求。根据实物测算,拍1/2烟箱的图像,工业相机基本指标为200万像素,最大帧率为15帧/秒即可,此类工业相机市场价为6000元/台左右,大大降低了系统造价。(3)成像的光照条件。在日常生活中,为能够拍到理想的照片,需根据不同的光照强度,来调整拍摄角度及焦距位置。工业相机的成像原理也一样,稳定的光照条件,也是能够取得高质量图像的关键因素。工业相机及光源固定到遮光罩内,工业相机在拍摄时,处于相对密闭的环境下,以确保拍摄时光源稳定。3.2条形码图像的识别条形码识别软件的核心是HexSight视觉数据包,通过数据包的定位器和条形码识别两个工具包来完成。(1)定位器工具的应用。定位器工具的作用就是确定目标图像的位置,无论已定义模板的图像以什么角度、位置出现,该工具都能定位模板并纠正其位置,模板选定为目标图像中固定形状的图像。行业统一的条形码标签中,除了条形码外,其他均为统一标准,我们选取了条形码标签左上角的烟草LOGO为图形模板,作为查找目标图像的标准,来锁定图像的条形码位置。(2)条形码识别工具的应用。条形码识别工具是按照条形码编码规则开发的工具包,能够将条形码的形状信息翻译为数值信息的应用模块。程序运行时,图像信息定位后,自动调用条形码识别工具,输出条形码的数值信息。(3)无法识别条形码图像信息回查功能。在应用程序中,对于无法识别的条形码图像,设定回查模块,实现对于程序未能识别的图像,存储到制定的文件夹中,在完成该批次卷烟入库后,人工回查图片无法识别原因,进行人工辨认、补录数据。另外,规范图片的命名标准,按批次、拍摄顺序依次命名,图片仍无法辨认的条形码,可以按照顺序查找件烟实物。应用程序嵌入式写入工控机,设定参数修改权限,既保证程序参数的个性化设定,又能防止软件破解。4硬件环境测试(1)工业相机选型。在实际工作条件下,对十几款工业相机进行测试,并对比分析图像效果,确定工业相机的基本型号如下:(2)硬件设备运行参数设定。通过实际工作环境下硬件环境测试,确保图像的成像质量,对硬件环境的参数设定为:工业相机参数设定:帧曝光10~15f/s;数据传输100~900×ns;数据包大小8000