在物料搬運系統(tǒng)中應(yīng)用的條碼識別技術(shù)

物料搬運系統(tǒng)的特點
　　條碼技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、商品流通和社會服務(wù)領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用。在物料搬運系統(tǒng)中的應(yīng)用則有很多突出的特點。主要特點如下：

貨品種類繁多，信息量大
物料搬運系統(tǒng)所涉及的貨品是多種多樣的。以商品流通環(huán)節(jié)的配送中心為例，進(jìn)入系統(tǒng)的貨品品種可以多達(dá)幾千種，每種貨品需要識別的信息也多，除了貨品品名，供貨廠商等信息外，有時還需要識別生產(chǎn)批號，生產(chǎn)日期，保質(zhì)期等信息，以確保實現(xiàn)先入先出的配送原則。
包裝規(guī)格不一
以郵包為例，通常只對郵包的最大尺寸有所限制，郵包規(guī)格參差不齊。郵包與固定式掃描器的距離會有較大的差異。
經(jīng)常不能確定條碼標(biāo)簽的方向和位置
以機場的旅客行李為例，行李有長有短，有大有小，有的豎立，有的平躺。行李標(biāo)簽在行李上的位置是不確定的，而行李在運輸機上的位置也是不確定的。
貨品通過掃描器的速度比較快隨著流通量的不斷增大，運輸機的速度不斷提高，貨品通過掃描器時的相對速度比較高，可達(dá)2.5m／sec。
物料搬運系統(tǒng)條碼掃描技術(shù)要點
物料搬運系統(tǒng)的特點決定其應(yīng)用的條碼掃描技術(shù)，與常用的技術(shù)有所不同，為了適應(yīng)物料搬運系統(tǒng)的特點，條碼掃描技術(shù)也有鮮明的特點。
一般采用氦氖激光器
條碼識別用的激光一般都由氦氖激光器產(chǎn)生。這種激光的波長為633nm，其強度符合勞動安全規(guī)范的要求。
一般每秒掃描500次以上
一般來說，激光二級管發(fā)出的光點經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)呈線形圖案橫掃條碼。如果條碼高度是25mm，運輸機的速度是2.5m/sec，則激光束能掃到條碼的時間只有0.01秒。如果激光束每秒能掃描500次，則在貨品運行通過掃描器的過程中，掃描器只能完整地掃描條碼5次（見圖1）。為了保證識讀的準(zhǔn)確性，至少要求3次。
DRX技術(shù)的使用
由于條碼標(biāo)簽可能與激光束成一個角度，一條激光束不能掃描到完整的條碼，為此，Accu-Sort公司開發(fā)了數(shù)據(jù)重組技術(shù)，也稱DRX(DataReconstruction)。由于貨物是不斷移動的，激光束的每次掃描都會有新增的數(shù)據(jù)（見圖2），DRX技術(shù)的核心是把每次掃描所得到的數(shù)據(jù)與上一次掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找到相同的中間部分，然后添加新的內(nèi)容。雖然每次掃描所得到的信息是不完整的，但是通過DRX，仍然可以得到完整的信息。
各種全方位掃描器（X，雙X，四X，圖案）
采用單線條激光束時，即使采用DRX技術(shù)，激光束和條碼的偏角仍不能大于45度。因為隨著偏角的增大，數(shù)據(jù)重組時的重合部分減少，使識讀率降低。極限的情況下，偏角達(dá)90度時，重合部分為零，已不可能識讀。為此，開發(fā)了激光束呈X圖案的掃描器。這種掃描器可以識讀任何方向的條碼標(biāo)簽，因為總有一條激光束可以以較小的偏角掃描條碼，得到較高的識讀率。如果不僅條碼的方向偏差較大，而且條碼的位置偏差也較大，則可采用激光束呈雙X或四X圖案的掃描器，以提高識讀率（見圖3、4、5）。
雙景深、三景深、動態(tài)調(diào)焦等技術(shù)
激光掃描器基本上由兩大部分組成。光學(xué)系統(tǒng)把激光束射向條碼，然后收集從條碼反射回來的光信號。電子系統(tǒng)則把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再按規(guī)定的碼制譯碼而得到字符信息。
既然是光學(xué)系統(tǒng)，就有焦距問題。在一定的距離內(nèi)可以收集到比較清晰的反射光。這就是掃描器的景深。但是在有些物料搬運系統(tǒng)中，由于貨物的大小差距懸殊，要求的景深太大，具有固定焦距的掃描器已不能適應(yīng)。為此，Accu-Sort公司開發(fā)了雙景深及三景深的掃描器（見圖6）。在系統(tǒng)中要設(shè)置一些光電傳感器。當(dāng)貨物通過掃描器時，光電傳感器測定貨物表面離開掃描器的距離。這個距離信號使掃描器的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整到要求的景深區(qū)域。最新的技術(shù)則是像照相機的縮放鏡頭一樣，可以無級調(diào)整，即動態(tài)調(diào)焦而不需要設(shè)置光電傳感器。
采用熱電冷卻的激光二極管，提高壽命
激光二極管是掃描器的主要部件，它的壽命與溫度有關(guān)。當(dāng)掃描器要在較高的溫度環(huán)境下長時間工作時，如何降低溫度是一個至關(guān)重要的問題。目前，已開發(fā)了熱電冷卻技術(shù)，可以便激光二極管的溫度控制在25℃左右，從而提高了掃描器的使用壽命。
用多路器傳遞多臺掃描器的信息，提高可靠性
在有些物料搬運系統(tǒng)中，例如機場行李搬運系統(tǒng)，條碼標(biāo)簽的方向是隨機的，可以在上下左右前后的任何方向上。為了自動識別，需要安置8～12個掃描器，組成一個通道。只要這個通道組中有一個掃描器能識讀出條碼標(biāo)簽，就可以有效地通過PLC(ProgrammableLogicController)進(jìn)行分揀。關(guān)鍵在于如何保證這些掃描器與PLC通訊的可靠性。如果每臺掃描器各自與PLC通連，萬一通訊線路中斷，整個行李分揀系統(tǒng)就會陷于癱瘓。為了提高系統(tǒng)的可靠性，可以采用多路器來傳遞信息。多臺掃描器可以連到一臺或兩臺多路器上，由多路器匯總識讀的信息后再連到PLC上。這種配置已經(jīng)成為機場行李系統(tǒng)的規(guī)范性要求。
自診斷軟件包成為提高掃描器性能和可靠性的重要手段
在物料搬運系統(tǒng)中采用條碼自動識別技術(shù)以后，掃描器的可靠性直接影響整個系統(tǒng)的可靠性。為此開發(fā)了自診斷軟件包。它在Windows環(huán)境下運行，隨時采集各掃描器工作情況的統(tǒng)計信息和維護(hù)數(shù)據(jù)，包括識讀率、激光二極管、電機、譯碼線路、光電管等的工作情況以及條碼在掃描器視野內(nèi)的位置、貨品之間的間距等。一旦發(fā)現(xiàn)與正常值有較大的偏離，則會發(fā)出警示，需要對掃描器或條碼標(biāo)簽的質(zhì)量作更細(xì)致的檢查，以免系統(tǒng)的可靠性出問題。
矩陣掃描技術(shù)
在物料搬運系統(tǒng)中有時不僅需要對整個包裝箱進(jìn)行識別，而且還需要識別包裝箱內(nèi)的貨品。例如，在鞋類配送作業(yè)中，一件包裝箱內(nèi)可以裝不同規(guī)格尺寸的鞋子。每雙鞋子的鞋盒上都有各自的條碼標(biāo)簽。當(dāng)包裝箱通過掃描器時，排成矩陣的條碼逐個被識讀，從而達(dá)到檢驗發(fā)運的包裝箱是否符合訂單的要求(見圖7)。
二維碼的應(yīng)用
在有些應(yīng)用場合，要求在識別標(biāo)簽上保存大量的信息，譬如美國聯(lián)合郵包快遞公司（UPS）要在標(biāo)簽上為客戶保存如下信息：國家碼、郵政編碼。服務(wù)等級、跟蹤號、發(fā)運單位識別號、發(fā)運日期、郵購訂單號、客戶識別號、貨品識別號、貨品數(shù)量以及客戶所要求的其它信息等。這么多信息用普通條碼是無法表示的，只能用PDF417碼，MAXICODE碼等二維碼。在一張郵票大小的標(biāo)簽上可以存放約100個字符的信息。
保證條碼掃描技術(shù)取得成功的要素
條碼技術(shù)是一項能極大地改善管理、提高效率的新技術(shù)。但如同所有新技術(shù)一樣，預(yù)期的效果不是自然而然就得到的，而必須在一開始就注意一些主要問題。
要明確條碼所應(yīng)包含的信息量
條碼技術(shù)是信息技術(shù)的一部分。貨品的信息極多，除了品名、規(guī)格、數(shù)量、生產(chǎn)廠名等信息外，還可能有生產(chǎn)批號、流水號、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期、發(fā)運地點、到達(dá)地點。收貨單位，承運單位。包裝類型、運單號等信息。前一類信息可稱為靜態(tài)信息，后一類信息可稱為動態(tài)信息。所有的信息都應(yīng)保存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。而有一部分信息則應(yīng)由條碼來表示以便隨時提取。條碼所表示的信息越多，越能隨時獲得這些信息，但是條碼標(biāo)簽的尺寸隨之增大，識讀所需的處理時間也隨之增加。因此，在應(yīng)用條碼技術(shù)之前，必須合理地確定條碼所應(yīng)包含的信息量。
要明確貨品包裝所能允許的條碼尺寸，選擇合適的碼制
條碼尺寸是影響識讀率的主要因素之一。條碼由寬窄不一的條和空組成。條碼尺寸中最主要的是窄條的寬度，通常以密耳（mil）值表示。如果包裝尺寸較大，可以粘貼比較大的條碼標(biāo)簽，則可以采用40mil的條碼。反之。如果包裝尺寸很小，可能只允許10mil的條碼。mil值越小，要求印刷的分辨率越高，遠(yuǎn)距離識讀越困難。另一個因素是整個條碼的長高比。長高比越大，識讀越困難。因此在包裝尺寸允許的情況下，應(yīng)盡量增大條的高度。
碼制的選擇取決于行業(yè)規(guī)范。如果沒有行業(yè)規(guī)范，則主要考慮條碼的內(nèi)容。有些碼制只能表示數(shù)字，如交插二五碼；有些碼制則既能表示數(shù)字，又能表示字母，如三九碼。近年來推廣應(yīng)用的EAN－128碼可以表示全部ASCII字符集，功能很強，而且在表示數(shù)字時，一個條碼字符可以表示二位數(shù)字，從而大大縮小了條碼的尺寸，是值得優(yōu)選的碼制。
要明確貨品通過掃描器時的位置偏差和相對速度
根據(jù)應(yīng)用條件的不同，貨品通過掃描器時的相對位置可以比較確定，也可以有很大的差別。就條碼標(biāo)簽而言，可以有三個方向的偏角。
平面偏角指的是條碼繞垂直于標(biāo)簽平面的軸線回轉(zhuǎn)的偏角。
縱向編角指的是條碼繞垂直于條的縱向軸線回轉(zhuǎn)的偏角。
橫向偏角指的是條碼繞平行于條的橫向軸線回轉(zhuǎn)的偏角。
當(dāng)激光束掃描條碼時，平面偏角相當(dāng)于降低了條碼的高度，縱向偏角也產(chǎn)生相同的效果，程度稍輕，橫向偏角則相當(dāng)于減小了窄條的寬度，都會在不同程度上影響掃描效果。相對速度則影響掃描次數(shù)。在選用掃描器時，這些參數(shù)都是需要予以確定的，因為每種型號的掃描描器都有各自的適用范圍。選用不當(dāng)會降低識讀率，影響系統(tǒng)的可靠性（見圖8）。
要從整個信息管理系統(tǒng)的角度來考慮條碼的應(yīng)用
條碼技術(shù)是信息管理系統(tǒng)的一部分。應(yīng)用條碼的目的主要是為了實時而準(zhǔn)確地獲取信息。在當(dāng)今信息社會中，及時掌握準(zhǔn)確的庫存信息后能對客戶的需求作出快速響應(yīng)，從而最大限度地占有市場份額。通過條碼獲取貨品的信息比人工抄寫或鍵盤輸入要快得多，而且準(zhǔn)確，可以極大地加快貨品的流通，減少配送過程中的差錯。根據(jù)貨品上的條碼可以追蹤產(chǎn)品的生產(chǎn)日期，生產(chǎn)班組以至所用的原材料。它有利于找到質(zhì)量問題的根源，從而加以改進(jìn)，總之，不能單純地從條碼本身來衡量其應(yīng)用的必要性和經(jīng)濟性，而必須從總體目的考慮條碼所應(yīng)包含的信息及其對占有市場的意義。