BPS條碼識別及其在RGV掛表系統(tǒng)中的應用

萬容春　鐘曉煒　胡青松　陳林生　周盼盼

摘 要：針對RGV掛表系統(tǒng)中小車定位精度低、掛表錯位率較大等缺點，采用德國勞易測開發(fā)的BPS條碼識別系統(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)的識別原理及其應用方式，實現(xiàn)了RGV小車的絕對認址、精確定位和穩(wěn)定運行；其次，闡述了BPS安裝注意事項保證條碼的識別精度，以提高整個系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

關鍵詞：BPS RGV 誤差分析 條碼定位

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0241-02

有軌引導小車（Rail Guided Vehicle，RGV），是一種智能型軌道導引搬運設備，接受物料后進行往復穿梭運輸，具有傳輸速度快、動態(tài)移載、傳輸效率高等優(yōu)點[1-2]。隨著自動化立體倉庫的普及，對有軌引導小車的安全性和運行效率也提出了新的要求，其中，RGV的認址技術成為目前研究的焦點。該文采用了集成最新識別技術BPS條碼定位系統(tǒng)，以實現(xiàn)RGV的認址、速度控制與精度保證。BPS條碼定位系統(tǒng)的激光器能夠同時進行3個條碼的掃描，該冗余的測量設計可以精確測量位置；配合其獨特設計的條碼帶，能夠實現(xiàn)毫米級的策略精度。該文通過BPS的高精度絕對認址功能與速度控制功能，實現(xiàn)了RGV的穩(wěn)定運行和精確定位。

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置軟件轉換成相應的距離信息，然后傳輸到主控PLC中進行解碼。

1.2 BPS條碼帶

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

1.3 BPS的速度控制功能

BPS在測距過程中將被側范圍劃分為4個獨立區(qū)域，每個區(qū)域設置1個參考速度。BPS通過將RGV實際運動速度與參考速度對比以實現(xiàn)RGC小車的平穩(wěn)停啟、平穩(wěn)運行和平穩(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、光電開關盒RGV小車需要頻繁地交換數據，在工程設計與施工過程中一般采用出錯較少、效率較高的PROFIBUS現(xiàn)場總線技術。

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數據線A（N），連接PROFIBUS信號-；3端口為地線；4端口為T/R數據線B（P），連接PROFIBUS信號+；5端口PE為功能地線，聯(lián)接PROFIBUS信號屏蔽地線。

2 BPS的條碼識別原理

BPS條碼的識別技術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含信息的過程。整個識別過程分為條碼圖像采集、預處理、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，其基本原理為：光線系統(tǒng)中光源發(fā)出光線對整個條碼進行掃描，光電轉換器吸收條碼上反射回來的光線，并根據不同的反射光信號轉換為相應的電信號；電信號經放大電路后產生模擬信號；然后通過濾波、波形整形，形成與模擬信號所對應的方波信號；最后通過譯碼器解釋為計算機課識讀的數字信號。

2.2 圖像的預處理

圖像預處理過程主要包括對比度增強、圖像去噪和圖像二值化。

2.2.1 對比度增強

該條碼定位系統(tǒng)采用直接灰度變換法用于對比度增強效果的實現(xiàn)。直接灰度變化將條碼采集得到原始圖像的灰度f（x，y）經過一個變化函數g=T[f]后，轉換成一個新的灰度g（x，y），從而達到圖像對比度增強的目的。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)采用中值濾波技術來實現(xiàn)圖像的去噪處理。具體的實現(xiàn)方法如下。

（1）從圖像中的某個采樣窗口取出n個數據進行排列。假定為從小到大進行排序，即為：

≤≤≤≤ （2）

（2）取出排序后的數列的中值，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）來實現(xiàn)圖像的二值化操作，具體的實現(xiàn)過程如下。

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

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

（4）

兩個灰度分類的平均灰度分別為：

（5）

（3）計算兩個灰度分類的方差。兩個灰度分類的方差分別為：

（6）

（4）計算兩個灰度分類的類內方差、類間方差和總體方差。三者分別為：

（7）

其中，為類內方差；為類間方差；為總體方差。

（5）計算最佳閾值。根據公式（8）計算最佳閾值k*：

（8）

（6）利用上述求得的最佳閾值k*對條碼圖像進行二值化處理：

（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來實現(xiàn)條碼定位，具體步驟主要包括：提取邊緣線、確定圖像質心位置和分條處理、獲取條內信息、提取條碼區(qū)域等。

2.4 解碼

根據上述方法采集條碼圖像，經過圖像的預處理，并通過條碼定位后即可進行解碼。按照條碼標準將條碼的條、空信息解碼為字符串，然后識別字符串中的標識符，并根據標識符的識別結果，將字符串中與改標識符相應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，通過對條碼圖像的采集、圖像預處理、條碼定位和解碼4個步驟，即可完成條碼圖像的識別過程，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

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

3.1 BPS設備的安裝

BPS設備的正確安裝主要包含以下幾個方面。

（1）安裝BPS時應該調整為與條碼膠帶垂直軸向相對為10°的傾斜角，確保可靠的定位。

（2）安裝BPS托架時調整6.5°左右的傾斜角，以避免在條碼膠帶上產生完全反射。

（3）在進行室外安裝時，需要提供一定的額外保護外殼。

3.2 BPS條碼的安裝

BPS條碼的正確安裝主要包括以下幾個方面。

（1）安裝地點確保條碼膠帶不受外來光源強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偵測標識，導致BPS在計算位置期間計算出雙重位置。

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

4 結語

該文詳細地介紹了BPS條碼識別的主要原理以及在RGV掛表系統(tǒng)中的應用。RVG掛表系統(tǒng)主要依靠BPS條碼識別技術，以實現(xiàn)RVG小車的掛表位定位與實時位置的獲取。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，降低掛表錯位率，為現(xiàn)代物流行業(yè)的定位與測距帶來了新一輪的技術革新。

參考文獻

[1] 劉永強.基于遺傳算法的RGV動態(tài)調度研究[D].合肥工業(yè)大學，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.激光測距儀和激光條碼定位技術在自動存儲系統(tǒng)工程中的應用[J].工程建設與設計，2012（10）：184-186.