BPS條碼識(shí)別及其在RGV掛表系統(tǒng)中的應(yīng)用

萬容春　鐘曉煒　胡青松　陳林生　周盼盼

摘 要：針對(duì)RGV掛表系統(tǒng)中小車定位精度低、掛表錯(cuò)位率較大等缺點(diǎn)，采用德國(guó)勞易測(cè)開發(fā)的BPS條碼識(shí)別系統(tǒng)用于RVG小車的精確定位和速度控制。該文主要闡述了BPS系統(tǒng)的識(shí)別原理及其應(yīng)用方式，實(shí)現(xiàn)了RGV小車的絕對(duì)認(rèn)址、精確定位和穩(wěn)定運(yùn)行；其次，闡述了BPS安裝注意事項(xiàng)保證條碼的識(shí)別精度，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：BPS RGV 誤差分析 條碼定位

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（c）-0241-02

有軌引導(dǎo)小車（Rail Guided Vehicle，RGV），是一種智能型軌道導(dǎo)引搬運(yùn)設(shè)備，接受物料后進(jìn)行往復(fù)穿梭運(yùn)輸，具有傳輸速度快、動(dòng)態(tài)移載、傳輸效率高等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫的普及，對(duì)有軌引導(dǎo)小車的安全性和運(yùn)行效率也提出了新的要求，其中，RGV的認(rèn)址技術(shù)成為目前研究的焦點(diǎn)。該文采用了集成最新識(shí)別技術(shù)BPS條碼定位系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)RGV的認(rèn)址、速度控制與精度保證。BPS條碼定位系統(tǒng)的激光器能夠同時(shí)進(jìn)行3個(gè)條碼的掃描，該冗余的測(cè)量設(shè)計(jì)可以精確測(cè)量位置；配合其獨(dú)特設(shè)計(jì)的條碼帶，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)的策略精度。該文通過BPS的高精度絕對(duì)認(rèn)址功能與速度控制功能，實(shí)現(xiàn)了RGV的穩(wěn)定運(yùn)行和精確定位。

1 BPS條碼定位系統(tǒng)

1.1 BPS條碼讀取頭

BPS系統(tǒng)的條碼讀取頭如圖1所示。該條碼讀取頭將讀出的條碼信息通過內(nèi)置軟件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的距離信息，然后傳輸?shù)街骺豍LC中進(jìn)行解碼。

1.2 BPS條碼帶

BPS系統(tǒng)條碼帶貼有聚酯薄膜保護(hù)層的特殊材料，具有較強(qiáng)的抗紫外線、抗工業(yè)清洗劑和抗化學(xué)溶劑腐蝕的能力，能夠在-40 ℃至+120 ℃的環(huán)境溫度下正常工作。在通常情況下，條碼讀取頭內(nèi)置的“自學(xué)習(xí)”功能能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨意設(shè)置參考零點(diǎn)，以減少安裝的復(fù)雜程度。

1.3 BPS的速度控制功能

BPS在測(cè)距過程中將被側(cè)范圍劃分為4個(gè)獨(dú)立區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置1個(gè)參考速度。BPS通過將RGV實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度與參考速度對(duì)比以實(shí)現(xiàn)RGC小車的平穩(wěn)停啟、平穩(wěn)運(yùn)行和平穩(wěn)定位。

1.4 BPS與主控PLC的硬件連接

在RGV掛表的電氣系統(tǒng)中，主控PLC、變頻器、BPS、光電開關(guān)盒RGV小車需要頻繁地交換數(shù)據(jù)，在工程設(shè)計(jì)與施工過程中一般采用出錯(cuò)較少、效率較高的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

BPS在電氣系統(tǒng)中的接線圖如圖2所示。其中，1端為BPS-VIN，連接DC5V+；2端口為T/R數(shù)據(jù)線A（N），連接PROFIBUS信號(hào)-；3端口為地線；4端口為T/R數(shù)據(jù)線B（P），連接PROFIBUS信號(hào)+；5端口PE為功能地線，聯(lián)接PROFIBUS信號(hào)屏蔽地線。

2 BPS的條碼識(shí)別原理

BPS條碼的識(shí)別技術(shù)是通過獲取載體上的條碼圖像信息，然后譯碼得到條碼中所蘊(yùn)含信息的過程。整個(gè)識(shí)別過程分為條碼圖像采集、預(yù)處理、定位條碼和解碼[6]。

2.1 條碼圖像采集

BPS條碼定位系統(tǒng)采用掃描式圖像采集技術(shù)，其基本原理為：光線系統(tǒng)中光源發(fā)出光線對(duì)整個(gè)條碼進(jìn)行掃描，光電轉(zhuǎn)換器吸收條碼上反射回來的光線，并根據(jù)不同的反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)；電信號(hào)經(jīng)放大電路后產(chǎn)生模擬信號(hào)；然后通過濾波、波形整形，形成與模擬信號(hào)所對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)；最后通過譯碼器解釋為計(jì)算機(jī)課識(shí)讀的數(shù)字信號(hào)。

2.2 圖像的預(yù)處理

圖像預(yù)處理過程主要包括對(duì)比度增強(qiáng)、圖像去噪和圖像二值化。

2.2.1 對(duì)比度增強(qiáng)

該條碼定位系統(tǒng)采用直接灰度變換法用于對(duì)比度增強(qiáng)效果的實(shí)現(xiàn)。直接灰度變化將條碼采集得到原始圖像的灰度f（x，y）經(jīng)過一個(gè)變化函數(shù)g=T[f]后，轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的灰度g（x，y），從而達(dá)到圖像對(duì)比度增強(qiáng)的目的。其變換的公式如下所示：

（1）

2.2.2 圖像去噪

該條碼定位系統(tǒng)采用中值濾波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)圖像的去噪處理。具體的實(shí)現(xiàn)方法如下。

（1）從圖像中的某個(gè)采樣窗口取出n個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排列。假定為從小到大進(jìn)行排序，即為：

≤≤≤≤ （2）

（2）取出排序后的數(shù)列的中值，中值的定義為：

（3）

（3）將該窗口中的中值代替原排列中間位置的灰度值。

2.2.3 圖像二值化

該條碼定位系統(tǒng)利用最大類間差方法（OTSU）來實(shí)現(xiàn)圖像的二值化操作，具體的實(shí)現(xiàn)過程如下。

（1）灰度分類。假設(shè)分割的閾值定位k，根據(jù)閾值k將一維直方圖中的256個(gè)像素點(diǎn)的灰度值分為兩類，即C0（0，1，2，…，k）和C1（k+1，k+2，…，255）。

（2）計(jì)算兩個(gè)灰度分類出現(xiàn)的概率以及平均灰度值。兩個(gè)灰度分類出現(xiàn)的概率分別為：

（4）

兩個(gè)灰度分類的平均灰度分別為：

（5）

（3）計(jì)算兩個(gè)灰度分類的方差。兩個(gè)灰度分類的方差分別為：

（6）

（4）計(jì)算兩個(gè)灰度分類的類內(nèi)方差、類間方差和總體方差。三者分別為：

（7）

其中，為類內(nèi)方差；為類間方差；為總體方差。

（5）計(jì)算最佳閾值。根據(jù)公式（8）計(jì)算最佳閾值k*：

（8）

（6）利用上述求得的最佳閾值k*對(duì)條碼圖像進(jìn)行二值化處理：

（9）

其中，1為白色；0為黑色。

2.3 定位條碼

定位條碼即讀取條空的寬度。該系統(tǒng)采取一種提取條空邊緣的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)條碼定位，具體步驟主要包括：提取邊緣線、確定圖像質(zhì)心位置和分條處理、獲取條內(nèi)信息、提取條碼區(qū)域等。

2.4 解碼

根據(jù)上述方法采集條碼圖像，經(jīng)過圖像的預(yù)處理，并通過條碼定位后即可進(jìn)行解碼。按照條碼標(biāo)準(zhǔn)將條碼的條、空信息解碼為字符串，然后識(shí)別字符串中的標(biāo)識(shí)符，并根據(jù)標(biāo)識(shí)符的識(shí)別結(jié)果，將字符串中與改標(biāo)識(shí)符相應(yīng)的字段解碼為原始的信息，即完成條碼的解碼過程。

綜上所述，通過對(duì)條碼圖像的采集、圖像預(yù)處理、條碼定位和解碼4個(gè)步驟，即可完成條碼圖像的識(shí)別過程，讀取其中的距離信息，傳遞至PLC用于RVG小車的定位和速度控制。

3 BPS的安裝事項(xiàng)

該節(jié)從兩個(gè)方面介紹如何正確、規(guī)范的安裝BPS條碼識(shí)別系統(tǒng)。

3.1 BPS設(shè)備的安裝

BPS設(shè)備的正確安裝主要包含以下幾個(gè)方面。

（1）安裝BPS時(shí)應(yīng)該調(diào)整為與條碼膠帶垂直軸向相對(duì)為10°的傾斜角，確?？煽康亩ㄎ?。

（2）安裝BPS托架時(shí)調(diào)整6.5°左右的傾斜角，以避免在條碼膠帶上產(chǎn)生完全反射。

（3）在進(jìn)行室外安裝時(shí)，需要提供一定的額外保護(hù)外殼。

3.2 BPS條碼的安裝

BPS條碼的正確安裝主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）安裝地點(diǎn)確保條碼膠帶不受外來光源強(qiáng)烈照射及其他反射的光線照射。

（2）裁剪條碼膠帶或粘附膠帶間隔不能過大，否則掃描光束無法確實(shí)偵測(cè)標(biāo)識(shí)，導(dǎo)致BPS在計(jì)算位置期間計(jì)算出雙重位置。

（3）膠帶安裝表面盡量平坦、無油污，粘貼時(shí)，確保膠帶無折疊、無褶皺和無氣泡。

4 結(jié)語

該文詳細(xì)地介紹了BPS條碼識(shí)別的主要原理以及在RGV掛表系統(tǒng)中的應(yīng)用。RVG掛表系統(tǒng)主要依靠BPS條碼識(shí)別技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)RVG小車的掛表位定位與實(shí)時(shí)位置的獲取。BPS系統(tǒng)定位快速、精確度高，能夠顯著提高RGV小車的定位速度和定位精度，降低掛表錯(cuò)位率，為現(xiàn)代物流行業(yè)的定位與測(cè)距帶來了新一輪的技術(shù)革新。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉永強(qiáng).基于遺傳算法的RGV動(dòng)態(tài)調(diào)度研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2012.

[2] Lee S G，De Souza R，Ong E K.Simulation modelling of a narrow aisle automated storage and retrieval system （AS/RS） serviced by rail-guided vehicles[J].Computers in Industry，1996，30（3）：241-253.

[3] 姜亞洲.激光測(cè)距儀和激光條碼定位技術(shù)在自動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)工程中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2012（10）：184-186.