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透过细点识读玄机- 工业数字相机系统在工厂内部物流系统中的应用

生产自动化在食品行业的应用可谓由来已久,尤其在外包装方面,客户的要求也越来越高,这就要求制造商不断采用新的技术。例如,如果不允许使用外包装上的EAN代码对生产设备进行识别和控制(原因是这类代码会导致客户的商品管理系统出现问题),那么使用矩阵式二维码代替一维条形码将会更为方便。

Zentisin Aachen拥有约1600名员工,它不仅是德国最大的果酱和橘子酱生产商之一,同时还向零售商和食品加工企业供应谷类、杏仁糖果原料、糖果等食品。它在Aachen-Eilendorf的分厂有190名员工,每年生产大约2万吨糖果。

为了在生产过程中能够准确对产品进行识别和跟踪,该公司于2005年对其内部物流系统进行了改造。新改造的系统在生产线的一端采用了特殊的解决方案,货物在此处首先被自动装箱,然后再通过各种传送装置输送至堆垛站。为了对产品保证纸箱进行可靠识别,从而准确的分送至相应的堆垛站,厂家最后决定采用西门子自动化与驱动集团生产的SimaticVS130-2视频传感器产品。 Zentis分厂负责自动化控制的维修部经理AchimMinten解释说:“现在,我们有很多客户,尤其是食品折扣店,为了避免可能与其各自的商品管理系统的代码发生冲突和在收款台使用扫描仪对商品进行扫描时产生的相应问题,都不再要求产品外包装上带有EAN或UPC代码。为此,我们在产品包装箱外侧采用了数据矩阵代码,通过照相系统进行读取/解码和分析。

这样作不仅满足了我们的零售客户的需要,同时在功能方面也很有优势,因为用户可以根据自己的具体需要来调整数据矩阵代码的形状、内容、规格等信息,因而非常方便。通过采用该技术,Zentis的生产线、堆垛站分配、产品编号等信息都包含于大小仅有12 x 12 mm的点矩阵中。

无故障读取速度高达0.7m/s

Zentis之所以选择VS130-2视频传感器的对包装箱进行检测以确定其被送往哪个堆垛站的原因主要有三个方面:图像采集系统的性能令人信服,数据处理速度快;西门子所开发的解决方案适合企业的需要;该系统与原有的自动化技术相兼容,集成方便,因而节省了时间和成本。

该系统在规划伊始就特别注意DMC编码与自动读取站之间的交互,因为系统要在高达0.7m/s的读取速度下确保无故障运行。仅这一项要求,就淘汰了其他几家生产的产品,原因是他们所生产的产品只能读取静态的矩阵代码。

毕竟每个像素点的尺寸只有0.54 mm。SimaticVS130-2可以补偿矩阵式二维码在打印过程中出现的所有偏差。

这种相机采用CCD传感器,分辨率为640 x 480像素,它具有足够大的显示面积,可充分显示所读取的矩阵式二维码信息,因而不受位置、触发信号不准确、打印位置等与系统本身有关的因素的影响。通过所用镜头和读取算法的自动适应能力,系统可以提供可靠的读取结果,图像显示清晰,并且大小可以调节。

矩阵式二维码采集所需的照明条件由一个环形灯提供,该环形灯由VS130-2的分析单元控制,其动作与图像的摄取同步。当光照强度最大时,它的曝光时间为 20µs到10ms。图像的获取和照明由光电管进行触发。

AchimMinten补充说:“图像处理系统的最大优势在于分析装置配备了Profibus现场总线和以太网接口。正是因为有了它们,由接口盒或转换器所导致的常见接口问题从一开始就已经不复存在了。不仅如此,技术人员在进行配置时,可以从任何一台联网的终端直接访问分析设备,以更改参数设置,调用和激活15条存储参数记录中的任意一条。所以分析设备在网络中拥有固定的IP地址,毫无疑问,对分析设备的访问也可以采用密码进行保护。

VS130-2视觉传感器在性能方面也令人信服,所以系统可以检测各种表面上的DMC,而且通过选择不同的镜头,还可提供75到3000 mm范围的读取距离。

VS130-2还可使用C或CS传感器头,使功能更为灵活多变,其镜头的玻璃材料符合国际食品标准(IFS)的相应规定。为了满足该规定,相机镜头部分采用了防护罩,防护罩前端采用了不易破碎的塑料材料。VS130-2镜头的视野可根据使用需要进行调节,以取得最佳的读取效果。

Zentishas公司一直对西门的自动化技术情有独钟,而这次VS130-2视频传感器的采用同样也没有令该公司失望。“我们对绝大多数系统都了如指掌,一般只要经过一次培训就可以获得全部所需的专业知识。对我们工程部门来说,西门子的产品配置、数据管理、通信一体化设计理念使各领域的工作变得更为轻松——我们甚至不需要外部帮助即可独立解决从产品设置、更改,再到故障排除等各种工作。” 传送装置由性能高度可靠的SimaticS7-400H控制器控制,并且通过 WinCC用户界面进行可视化操作。

除了由相机完成数据采集外,系统还可显示码放的纸箱数量,即检测每次码放的操作的纸箱数量。用户可自定设定每次码放的纸箱数量。

“由于采用了这套新系统,我们的物流管理和质量控制同时得到了提高,因为通过读取矩阵式二维码,系统可对各台机器和相应的产品批次进行二次跟踪。因此,一旦收到故障报告,可以迅速修复受影响产品的故障原因和传送路径。在采用这套新的系统之前,工作人员必须自己动手记录包装箱上的数据并写在托盘的标签上;如果需要记录的数据过多,则会相应的增加工作人员的工作量。

精密的配合

Zentis公司所采用的这套系统之所以能够成功的自动读取22 x 22点大小的DMC代码,是与系统各部分之间的紧密配合分不开的。

提高了物流管理的可靠性和透明度

与传统的图像处理系统相比,SimaticVS130-2还有一个显著的特点是无需进行编程或参数配置,因为它可以自动对光源进行配置,自动适应检测算法,无需用户输入代码指令进行繁琐的操作。在实际生产过程中,这种自行参数配置功能在传送装置运行时也可以起作用。用户在使用这种功能时,既可以在现场对设备直接进行操作,也可以通过集成的、基于web的用户界面进行远程控制。如果在读取过程中出现故障,它还可以自动触发。因此,该系统不需要操作人员进行输入,依然能够极为可靠的进行读取。 VS130-2的矩阵式二维码分析设计符合 ECC 200(纠错码)标准,因而可读取该标准下最新、最可靠版本的代码。除了 Zentis公司所采用的型号外,西门子还提供读取能力更大的视觉传感器设备,其中包括读取2334个 ASCII字符(7数位)、1558可扩展ASCII字符(8数位)、3116个数字符号的设备。这种矩阵式二维码属于ECC 200类型,由于采用了Reed-Solomon纠错代码,因而读取的可靠性很高。即使代码的损坏程度达25%,比如说由于污损原因,也依然能够进行读取。

目前,Zentis公司在其位于Aachen-Eilendorf的工厂中一共采用了四种SimaticVS130-2视觉传感器,自从投入运行后,客户对它们感觉非常满意。AchimMinten强调指出:“该系统充分满足了我们的需求,以后我们还有可能用它来读取EAN代码,并且通过这种方式对我们的托盘进行跟踪。”

该厂已经计划在其四个捆扎打包区域也安装这种新的系统。届时将根据生产线的要求在纸箱侧面打印DMC代码,然后对DMC码进行自动读取,将捆扎好的纸箱分送至相关的生产线上,从而提高生产效率,降低错误发生的几率。

一维码和二维码在应用中的区别

对于比较简单的条码——例如欧洲标准的EAN代码(欧洲商品编码)或IBM开发的UPC(通用产品代码)——,只需要进行一维分析就足够了(例如激光线),因此这类代码也被称为一维代码。它由采用这种标准的国家编号、制造商编号、制造商自己的产品编号、校验字符组成。这种代码用一系列数字和条形码表示,可用扫描仪进行分析。

如果需要提高编码信息的容量,或者无法使用条形码,那么二维码将是您的正确选择。二维码的信息包含于一系列点组成的几何平面图形中,需要通过二维方式(长和宽)进行分析。Their big advantage: 其主要优势包括:在标准所允许的范围内,可提供多样化的数字信息。目前,除了由纯像素图形组成的矩阵式二维码以外,常见的还有堆叠式二维码(几行条码堆叠在一起)或RSS码(缩小面积的条码符号),这种码的原理是建立在一维条码读取的基础上的。本文中介绍的由西门子公司推出的最新一代视觉编码器也可以分析这一类二维代码。