QUELLE GMBH 利用机器视觉技术加快包裹条形码的读取速度

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图 1:每个到达的包裹正面都标有 Quelle 指定的标签,除条形码外,还应标有指定字体和大小的各种标识数字。

Quelle GmbH(德国莱比锡)为德国民众提供公司邮购目录和网站上的消费品。为了加快每天 8 万个包裹的送达速度,Quelle 采用了一套结合了条形码读取和 OCR 的机器视觉系统,基于 Baumer Optronic GmbH(德国拉德贝格)的组件和 MVTec Software GmbH(德国慕尼黑)的软件搭建。

Quelle 使用多条传送带系统将包裹运送到仓库,存放在货架上。货物在运送给客户之前,会在仓库附近的其他建筑物中重新打包。

每件货物到达后,都必须先登记,然后通过传送带运送到货架上,这些货架作为缓冲区,上面存放着 200 多万个包裹。如果包裹没有正确登记,可能会在仓库内丢失。因此,每个包裹都必须用 Quelle 指定的标签进行可靠标记。标签不应超过 135 x 90 毫米,上面必须有 7 位数的产品编号、4 位数的数量说明和 6 位数的供应商编号,采用 Helvetica 或 Arial 字体,以黑色印刷,最小字体大小为 12 毫米。使用一个 EAN 128 条形码存储这些参数(图 1)。

送达后,对每个包裹进行测量、称重,贴上另一个称为 KID(纸箱标识号)的内部条形码标签。KID 是一个连续编号,在处理过程中贴在包裹上(图 2)。

包裹在传送带上运输期间,所有特定参数和包裹的相对位置由不同的条形码扫描仪记录(图 3),由一台 Siemens S5 SPC 关联到 KID。由于送达的包裹数量很大,这些任务无法由人工执行。而且,虽然大多数供应商都遵守标签准则,但有些包裹没有任何标签,有些使用的字体不正确,有些则是手写标记。还有一些标签被挤碎、弄皱或难以阅读(图 4)。这会导致条形码和 OCR 读取出现困难,无法通过机器视觉进行包裹识别。

图 5:Ani-Cam

为每个包裹贴上 KID 条形码之后,由位于传送带上方的条形码读取器读取供应商的 EAN 128 代码。运行期间,所有包裹中有 75% 可以通过这种方式读取。机器视觉系统可以提高 25% 的难以读取标签的识别率,以便自动读取剩余的包裹。通常,像 KID 这样的一维条形码可以轻松读取。然而,复杂的光学字符识别需要复杂的机器视觉技术。

为了在位于仓库入口处的 18 条平行传送带上配置机器视觉系统,使用由 Baumer Optronic(德国拉德贝格)智能 i-Cam 108 相机组成的网络。每台 Baumer i-Cam 108 均可提供支持 FPGA 的强大软件,确保本地实时稳定性。这一架构可以为灰度值图像中的标签检测和随后的高分辨率 OCR 读取保证计算能力。定位标签之后,搜索标签内的感兴趣区域 (ROI),查找字体或代码。如果 EAN 128 供应商标签条形码读取的结果与 OCR 的结果相同,则任务完成,将包裹分类为已识别。

无需采取任何结构性调整措施,安装方便。整体灵活性通过更高级别的软件提供,只需一台 PC 即可从 TCPIP 网络内部访问。几个质量较差的样本就会导致整体读取性能受到限制,包括运输过程中的损坏、标签毁损或标签未采用指定字体,以及由于处理不当导致存在多个标签。为克服这一限制,并行使用了多个后续软件包。在一个投票算法中,对每个软件的结果进行估计以获得最大概率。这一过程在一台简单的 PC 上就可以实现,因为 i-Cam 已经提供了正确的标签位置,从而将计算时间缩短到无关紧要的长度。

图 6:人工操作员读取改道包裹的标签,并贴上正确的条形码。

在这一环节,MVTec Software GmbH(德国慕尼黑)的 HALCON 作为强大而灵活的高级协同处理软件发挥了重要作用:然后,将 PC 上运行的两个 OCR 软件线程的结果与 i-Cam 的 OCR 结果进行比较。如果三个 OCR 测量中至少有两个结果匹配,则作业完成。如果没有,则将包裹改道至另一条传送带,人工操作员会在该处读取标签并贴上正确的条形码。十年前,在 Quelle 物流中心,每个包裹都使用 Videocodierung(VCO;视频编码系统)进行登记,没有条形码读取或机器视觉应用(图 6)。

Quelle 的工厂工程师 Kerstin Mehlhose 表示,在 PC 上使用 i-Cam OCR 和 HALCON 的 OCR 软件可以显著提高自动化程度。

最后,将包裹转移到金属托盘(图 7)上,金属托盘下方也有属于自己的条形码,即所谓的 TID。该 Tablar 标识号在托盘离开传送带以便堆放之前与 KID 关联。此后,只会使用 TID 通过 Siemens 提供的仓库管理系统来查找包裹。在仓库管理系统的指示下,由一辆巨大的轨道升降车将托盘运送到货架上存放(图 8)。货物需要运输时,仓库管理系统还可以取下装有所需包裹的托盘,这一过程由客户通过邮购、电话或互联网下的订单发起。

作者:Lutz Kreutzer 博士和 Ralf Grieser 博士
感谢 Quelle GmbH 和 Baumer Optronic GmbH 提供资料。

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