在物料搬運系統中應用的條碼識別技術

物料搬運系統的特點
　　條碼技術在工業生產、商品流通和社會服務領域中得到了日益廣泛的應用。在物料搬運系統中的應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
物料搬運系統所涉及的貨品是多種多樣的。以商品流通環節的配送中心為例，進入系統的貨品品種可以多達幾千種，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批號，生產日期，保質期等信息，以確保實現先入先出的配送原則。
包裝規格不一
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。
經常不能確定條碼標簽的方向和位置
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2.5m／sec。
物料搬運系統條碼掃描技術要點
物料搬運系統的特點決定其應用的條碼掃描技術，與常用的技術有所不同，為了適應物料搬運系統的特點，條碼掃描技術也有鮮明的特點。
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生。這種激光的波長為633nm，其強度符合勞動安全規范的要求。
一般每秒掃描500次以上
一般來說，激光二級管發出的光點經過光學系統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）。為了保證識讀的準確性，至少要求3次。
DRX技術的使用
由于條碼標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公司開發了數據重組技術，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據（見圖2），DRX技術的核心是把每次掃描所得到的數據與上一次掃描的數據進行比較，找到相同的中間部分，然后添加新的內容。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，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，數據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90度時，重合部分為零，已不可能識讀。為此，開發了激光束呈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、動態調焦等技術
激光掃描器基本上由兩大部分組成。光學系統把激光束射向條碼，然后收集從條碼反射回來的光信號。電子系統則把光信號轉換成電信號，再按規定的碼制譯碼而得到字符信息。
既然是光學系統，就有焦距問題。在一定的距離內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。為此，Accu-Sort公司開發了雙景深及三景深的掃描器（見圖6）。在系統中要設置一些光電傳感器。當貨物通過掃描器時，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系統調整到要求的景深區域。最新的技術則是像照相機的縮放鏡頭一樣，可以無級調整，即動態調焦而不需要設置光電傳感器。
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。當掃描器要在較高的溫度環境下長時間工作時，如何降低溫度是一個至關重要的問題。目前，已開發了熱電冷卻技術，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中，例如機場行李搬運系統，條碼標簽的方向是隨機的，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簽，就可以有效地通過PLC(ProgrammableLogicController)進行分揀。關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，整個行李分揀系統就會陷于癱瘓。為了提高系統的可靠性，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。這種配置已經成為機場行李系統的規范性要求。
自診斷軟件包成為提高掃描器性能和可靠性的重要手段
在物料搬運系統中采用條碼自動識別技術以后，掃描器的可靠性直接影響整個系統的可靠性。為此開發了自診斷軟件包。它在Windows環境下運行，隨時采集各掃描器工作情況的統計信息和維護數據，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的位置、貨品之間的間距等。一旦發現與正常值有較大的偏離，則會發出警示，需要對掃描器或條碼標簽的質量作更細致的檢查，以免系統的可靠性出問題。
矩陣掃描技術
在物料搬運系統中有時不僅需要對整個包裝箱進行識別，而且還需要識別包裝箱內的貨品。例如，在鞋類配送作業中，一件包裝箱內可以裝不同規格尺寸的鞋子。每雙鞋子的鞋盒上都有各自的條碼標簽。當包裝箱通過掃描器時，排成矩陣的條碼逐個被識讀，從而達到檢驗發運的包裝箱是否符合訂單的要求(見圖7)。
二維碼的應用
在有些應用場合，要求在識別標簽上保存大量的信息，譬如美國聯合郵包快遞公司（UPS）要在標簽上為客戶保存如下信息：國家碼、郵政編碼。服務等級、跟蹤號、發運單位識別號、發運日期、郵購訂單號、客戶識別號、貨品識別號、貨品數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簽上可以存放約100個字符的信息。
保證條碼掃描技術取得成功的要素
條碼技術是一項能極大地改善管理、提高效率的新技術。但如同所有新技術一樣，預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。
要明確條碼所應包含的信息量
條碼技術是信息技術的一部分。貨品的信息極多，除了品名、規格、數量、生產廠名等信息外，還可能有生產批號、流水號、生產日期、保質期、發運地點、到達地點。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信息，后一類信息可稱為動態信息。所有的信息都應保存在數據庫內。而有一部分信息則應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，在應用條碼技術之前，必須合理地確定條碼所應包含的信息量。
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，應盡量增大條的高度。
碼制的選擇取決于行業規范。如果沒有行業規范，則主要考慮條碼的內容。有些碼制只能表示數字，如交插二五碼；有些碼制則既能表示數字，又能表示字母，如三九碼。近年來推廣應用的EAN－128碼可以表示全部ASCII字符集，功能很強，而且在表示數字時，一個條碼字符可以表示二位數字，從而大大縮小了條碼的尺寸，是值得優選的碼制。
要明確貨品通過掃描器時的位置偏差和相對速度
根據應用條件的不同，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簽平面的軸線回轉的偏角。
縱向編角指的是條碼繞垂直于條的縱向軸線回轉的偏角。
橫向偏角指的是條碼繞平行于條的橫向軸線回轉的偏角。
當激光束掃描條碼時，平面偏角相當于降低了條碼的高度，縱向偏角也產生相同的效果，程度稍輕，橫向偏角則相當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。在選用掃描器時，這些參數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。選用不當會降低識讀率，影響系統的可靠性（見圖8）。
要從整個信息管理系統的角度來考慮條碼的應用
條碼技術是信息管理系統的一部分。應用條碼的目的主要是為了實時而準確地獲取信息。在當今信息社會中，及時掌握準確的庫存信息后能對客戶的需求作出快速響應，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。根據貨品上的條碼可以追蹤產品的生產日期，生產班組以至所用的原材料。它有利于找到質量問題的根源，從而加以改進，總之，不能單純地從條碼本身來衡量其應用的必要性和經濟性，而必須從總體目的考慮條碼所應包含的信息及其對占有市場的意義。