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在物料搬运系统中应用的条码识别技术



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文:bitian   发表时间:2005-6-21 9:01:47

物料搬运系统的特点
  条码技术在工业生产、商品流通和社会服务领域中得到了日益广泛的应用。在物料搬运系统中的应用则有很多突出的特点。主要特点如下:

货品种类繁多,信息量大
物料搬运系统所涉及的货品是多种多样的。以商品流通环节的配送中心为例,进入系统的货品品种可以多达几千种,每种货品需要识别的信息也多,除了货品品名,供货厂商等信息外,有时还需要识别生产批号,生产日期,保质期等信息,以确保实现先入先出的配送原则。
包装规格不一
以邮包为例,通常只对邮包的最大尺寸有所限制,邮包规格参差不齐。邮包与固定式扫描器的距离会有较大的差异。
经常不能确定条码标签的方向和位置
以机场的旅客行李为例,行李有长有短,有大有小,有的竖立,有的平躺。行李标签在行李上的位置是不确定的,而行李在运输机上的位置也是不确定的。
货品通过扫描器的速度比较快随着流通量的不断增大,运输机的速度不断提高,货品通过扫描器时的相对速度比较高,可达2.5m/sec。
物料搬运系统条码扫描技术要点
物料搬运系统的特点决定其应用的条码扫描技术,与常用的技术有所不同,为了适应物料搬运系统的特点,条码扫描技术也有鲜明的特点。
一般采用氦氖激光器
条码识别用的激光一般都由氦氖激光器产生。这种激光的波长为633nm,其强度符合劳动安全规范的要求。
一般每秒扫描500次以上
一般来说,激光二级管发出的光点经过光学系统呈线形图案横扫条码。如果条码高度是25mm,运输机的速度是2.5m/sec,则激光束能扫到条码的时间只有0.01秒。如果激光束每秒能扫描500次,则在货品运行通过扫描器的过程中,扫描器只能完整地扫描条码5次(见图1)。为了保证识读的准确性,至少要求3次。
DRX技术的使用
由于条码标签可能与激光束成一个角度,一条激光束不能扫描到完整的条码,为此,Accu-Sort公司开发了数据重组技术,也称DRX(Data Reconstruction)。由于货物是不断移动的,激光束的每次扫描都会有新增的数据(见图2),DRX技术的核心是把每次扫描所得到的数据与上一次扫描的数据进行比较,找到相同的中间部分,然后添加新的内容。虽然每次扫描所得到的信息是不完整的,但是通过DRX,仍然可以得到完整的信息。
各种全方位扫描器(X,双X,四X,图案)
采用单线条激光束时,即使采用DRX技术,激光束和条码的偏角仍不能大于45度。因为随着偏角的增大,数据重组时的重合部分减少,使识读率降低。极限的情况下,偏角达90度时,重合部分为零,已不可能识读。为此,开发了激光束呈X图案的扫描器。这种扫描器可以识读任何方向的条码标签,因为总有一条激光束可以以较小的偏角扫描条码,得到较高的识读率。如果不仅条码的方向偏差较大,而且条码的位置偏差也较大,则可采用激光束呈双X或四X图案的扫描器,以提高识读率(见图3、4、5)。
双景深、三景深、动态调焦等技术
激光扫描器基本上由两大部分组成。光学系统把激光束射向条码,然后收集从条码反射回来的光信号。电子系统则把光信号转换成电信号,再按规定的码制译码而得到字符信息。
既然是光学系统,就有焦距问题。在一定的距离内可以收集到比较清晰的反射光。这就是扫描器的景深。但是在有些物料搬运系统中,由于货物的大小差距悬殊,要求的景深太大,具有固定焦距的扫描器已不能适应。为此,Accu-Sort公司开发了双景深及三景深的扫描器(见图6)。在系统中要设置一些光电传感器。当货物通过扫描器时,光电传感器测定货物表面离开扫描器的距离。这个距离信号使扫描器的光学系统调整到要求的景深区域。最新的技术则是像照相机的缩放镜头一样,可以无级调整,即动态调焦而不需要设置光电传感器。
采用热电冷却的激光二极管,提高寿命
激光二极管是扫描器的主要部件,它的寿命与温度有关。当扫描器要在较高的温度环境下长时间工作时,如何降低温度是一个至关重要的问题。目前,已开发了热电冷却技术,可以便激光二极管的温度控制在25℃左右,从而提高了扫描器的使用寿命。
用多路器传递多台扫描器的信息,提高可靠性
在有些物料搬运系统中,例如机场行李搬运系统,条码标签的方向是随机的,可以在上下左右前后的任何方向上。为了自动识别,需要安置8~12个扫描器,组成一个通道。只要这个通道组中有一个扫描器能识读出条码标签,就可以有效地通过PLC(Programmable Logic Controller)进行分拣。关键在于如何保证这些扫描器与PLC通讯的可靠性。如果每台扫描器各自与PLC通连,万一通讯线路中断,整个行李分拣系统就会陷于瘫痪。为了 提高系统的可靠性,可以采用多路器来传递信息。多台扫描器可以连到一台或两台多路器上,由多路器汇总识读的信息后再连到PLC上。这种配置已经成为机场行李系统的规范性要求。
自诊断软件包成为提高扫描器性能和可靠性的重要手段
在物料搬运系统中采用条码自动识别技术以后,扫描器的可靠性直接影响整个系统的可靠性。为此开发了自诊断软件包。它在Windows环境下运行,随时采集各扫描器工作情况的统计信息和维护数据,包括识读率、激光二极管、电机、译码线路、光电管等的工作情况以及条码在扫描器视野内的位置、货品之间的间距等。一旦发现与正常值有较大的偏离,则会发出警示,需要对扫描器或条码标签的质量作更细致的检查,以免系统的可靠性出问题。
矩阵扫描技术
在物料搬运系统中有时不仅需要对整个包装箱进行识别,而且还需要识别包装箱内的货品。例如,在鞋类配送作业中,一件包装箱内可以装不同规格尺寸的鞋子。每双鞋子的鞋盒上都有各自的条码标签。当包装箱通过扫描器时,排成矩阵的条码逐个被识读,从而达到检验发运的包装箱是否符合订单的要求(见图7)。
二维码的应用
在有些应用场合,要求在识别标签上保存大量的信息,譬如美国联合邮包快递公司(UPS)要在标签上为客户保存如下信息:国家码、邮政编码。服务等级、跟踪号、发运单位识别号、发运日期、邮购订单号、客户识别号、货品识别号、货品数量以及客户所要求的其它信息等。这么多信息用普通条码是无法表示的,只能用PDF417码,MAXICODE码等二维码。在一张邮票大小的标签上可以存放约100个字符的信息。
保证条码扫描技术取得成功的要素
条码技术是一项能极大地改善管理、提高效率的新技术。但如同所有新技术一样,预期的效果不是自然而然就得到的,而必须在一开始就注意一些主要问题。
要明确条码所应包含的信息量
条码技术是信息技术的一部分。货品的信息极多,除了品名、规格、数量、生产厂名等信息外,还可能有生产批号、流水号、生产日期、保质期、发运地点、到达地点。收货单位,承运单位。包装类型、运单号等信息。前一类信息可称为静态信息,后一类信息可称为动态信息。所有的信息都应保存在数据库内。而有一部分信息则应由条码来表示以便随时提取。条码所表示的信息越多,越能随时获得这些信息,但是条码标签的尺寸随之增大,识读所需的处理时间也随之增加。因此,在应用条码技术之前,必须合理地确定条码所应包含的信息量。
要明确货品包装所能允许的条码尺寸,选择合适的码制
条码尺寸是影响识读率的主要因素之一。条码由宽窄不一的条和空组成。条码尺寸中最主要的是窄条的宽度,通常以密耳(mil)值表示。如果包装尺寸较大,可以粘贴比较大的条码标签,则可以采用40mil的条码。反之。如果包装尺寸很小,可能只允许10mil的条码。mil值越小,要求印刷的分辨率越高,远距离识读越困难。另一个因素是整个条码的长高比。长高比越大,识读越困难。因此在包装尺寸允许的情况下,应尽量增大条的高度。
码制的选择取决于行业规范。如果没有行业规范,则主要考虑条码的内容。有些码制只能表示数字,如交插二五码;有些码制则既能表示数字,又能表示字母,如三九码。近年来推广应用的EAN-128码可以表示全部ASCII字符集,功能很强,而且在表示数字时,一个条码字符可以表示二位数字,从而大大缩小了条码的尺寸,是值得优选的码制。
要明确货品通过扫描器时的位置偏差和相对速度
根据应用条件的不同,货品通过扫描器时的相对位置可以比较确定,也可以有很大的差别。就条码标签而言,可以有三个方向的偏角。
平面偏角指的是条码绕垂直于标签平面的轴线回转的偏角。
纵向编角指的是条码绕垂直于条的纵向轴线回转的偏角。
横向偏角指的是条码绕平行于条的横向轴线回转的偏角。
当激光束扫描条码时,平面偏角相当于降低了条码的高度,纵向偏角也产生相同的效果,程度稍轻,横向偏角则相当于减小了窄条的宽度,都会在不同程度上影响扫描效果。相对速度则影响扫描次数。在选用扫描器时,这些参数都是需要予以确定的,因为每种型号的扫描描器都有各自的适用范围。选用不当会降低识读率,影响系统的可靠性(见图8)。
要从整个信息管理系统的角度来考虑条码的应用
条码技术是信息管理系统的一部分。应用条码的目的主要是为了实时而准确地获取信息。在当今信息社会中,及时掌握准确的库存信息后能对客户的需求作出快速响应,从而最大限度地占有市场份额。通过条码获取货品的信息比人工抄写或键盘输入要快得多,而且准确,可以极大地加快货品的流通,减少配送过程中的差错。根据货品上的条码可以追踪产品的生产日期,生产班组以至所用的原材料。它有利于找到质量问题的根源,从而加以改进,总之,不能单纯地从条码本身来衡量其应用的必要性和经济性,而必须从总体目的考虑条码所应包含的信息及其对占有市场的意义。
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