BPS条码识别及其在RGV挂表系统中的应用

万容春　钟晓炜　胡青松　陈林生　周盼盼

摘 要：针对RGV挂表系统中小车定位精度低、挂表错位率较大等缺点，采用德国劳易测开发的BPS条码识别系统用于RVG小车的精确定位和速度控制。该文主要阐述了BPS系统的识别原理及其应用方式，实现了RGV小车的绝对认址、精确定位和稳定运行；其次，阐述了BPS安装注意事项保证条码的识别精度，以提高整个系统的可靠性与稳定性。

关键词：BPS RGV 误差分析 条码定位

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（c）-0241-02

有轨引导小车（Rail Guided Vehicle，RGV），是一种智能型轨道导引搬运设备，接受物料后进行往复穿梭运输，具有传输速度快、动态移载、传输效率高等优点[1-2]。随着自动化立体仓库的普及，对有轨引导小车的安全性和运行效率也提出了新的要求，其中，RGV的认址技术成为目前研究的焦点。该文采用了集成最新识别技术BPS条码定位系统，以实现RGV的认址、速度控制与精度保证。BPS条码定位系统的激光器能够同时进行3个条码的扫描，该冗余的测量设计可以精确测量位置；配合其独特设计的条码带，能够实现毫米级的策略精度。该文通过BPS的高精度绝对认址功能与速度控制功能，实现了RGV的稳定运行和精确定位。

1 BPS条码定位系统

1.1 BPS条码读取头

BPS系统的条码读取头如图1所示。该条码读取头将读出的条码信息通过内置软件转换成相应的距离信息，然后传输到主控PLC中进行解码。

1.2 BPS条码带

BPS系统条码带贴有聚酯薄膜保护层的特殊材料，具有较强的抗紫外线、抗工业清洗剂和抗化学溶剂腐蚀的能力，能够在-40 ℃至+120 ℃的环境温度下正常工作。在通常情况下，条码读取头内置的“自学习”功能能够根据现场情况随意设置参考零点，以减少安装的复杂程度。

1.3 BPS的速度控制功能

BPS在测距过程中将被侧范围划分为4个独立区域，每个区域设置1个参考速度。BPS通过将RGV实际运动速度与参考速度对比以实现RGC小车的平稳停启、平稳运行和平稳定位。

1.4 BPS与主控PLC的硬件连接

在RGV挂表的电气系统中，主控PLC、变频器、BPS、光电开关盒RGV小车需要频繁地交换数据，在工程设计与施工过程中一般采用出错较少、效率较高的PROFIBUS现场总线技术。

BPS在电气系统中的接线图如图2所示。其中，1端为BPS-VIN，连接DC5V+；2端口为T/R数据线A（N），连接PROFIBUS信号-；3端口为地线；4端口为T/R数据线B（P），连接PROFIBUS信号+；5端口PE为功能地线，联接PROFIBUS信号屏蔽地线。

2 BPS的条码识别原理

BPS条码的识别技术是通过获取载体上的条码图像信息，然后译码得到条码中所蕴含信息的过程。整个识别过程分为条码图像采集、预处理、定位条码和解码[6]。

2.1 条码图像采集

BPS条码定位系统采用扫描式图像采集技术，其基本原理为：光线系统中光源发出光线对整个条码进行扫描，光电转换器吸收条码上反射回来的光线，并根据不同的反射光信号转换为相应的电信号；电信号经放大电路后产生模拟信号；然后通过滤波、波形整形，形成与模拟信号所对应的方波信号；最后通过译码器解释为计算机课识读的数字信号。

2.2 图像的预处理

图像预处理过程主要包括对比度增强、图像去噪和图像二值化。

2.2.1 对比度增强

该条码定位系统采用直接灰度变换法用于对比度增强效果的实现。直接灰度变化将条码采集得到原始图像的灰度f（x，y）经过一个变化函数g=T[f]后，转换成一个新的灰度g（x，y），从而达到图像对比度增强的目的。其变换的公式如下所示：

（1）

2.2.2 图像去噪

该条码定位系统采用中值滤波技术来实现图像的去噪处理。具体的实现方法如下。

（1）从图像中的某个采样窗口取出n个数据进行排列。假定为从小到大进行排序，即为：

≤≤≤≤ （2）

（2）取出排序后的数列的中值，中值的定义为：

（3）

（3）将该窗口中的中值代替原排列中间位置的灰度值。

2.2.3 图像二值化

该条码定位系统利用最大类间差方法（OTSU）来实现图像的二值化操作，具体的实现过程如下。

（1）灰度分类。假设分割的阈值定位k，根据阈值k将一维直方图中的256个像素点的灰度值分为两类，即C0（0，1，2，…，k）和C1（k+1，k+2，…，255）。

（2）计算两个灰度分类出现的概率以及平均灰度值。两个灰度分类出现的概率分别为：

（4）

兩个灰度分类的平均灰度分别为：

（5）

（3）计算两个灰度分类的方差。两个灰度分类的方差分别为：

（6）

（4）计算两个灰度分类的类内方差、类间方差和总体方差。三者分别为：

（7）

其中，为类内方差；为类间方差；为总体方差。

（5）计算最佳阈值。根据公式（8）计算最佳阈值k*：

（8）

（6）利用上述求得的最佳阈值k*对条码图像进行二值化处理：

（9）

其中，1为白色；0为黑色。

2.3 定位条码

定位条码即读取条空的宽度。该系统采取一种提取条空边缘的技术来实现条码定位，具体步骤主要包括：提取边缘线、确定图像质心位置和分条处理、获取条内信息、提取条码区域等。

2.4 解码

根据上述方法采集条码图像，经过图像的预处理，并通过条码定位后即可进行解码。按照条码标准将条码的条、空信息解码为字符串，然后识别字符串中的标识符，并根据标识符的识别结果，将字符串中与改标识符相应的字段解码为原始的信息，即完成条码的解码过程。

综上所述，通过对条码图像的采集、图像预处理、条码定位和解码4个步骤，即可完成条码图像的识别过程，读取其中的距离信息，传递至PLC用于RVG小车的定位和速度控制。

3 BPS的安装事项

该节从两个方面介绍如何正确、规范的安装BPS条码识别系统。

3.1 BPS设备的安装

BPS设备的正确安装主要包含以下几个方面。

（1）安装BPS时应该调整为与条码胶带垂直轴向相对为10°的倾斜角，确保可靠的定位。

（2）安装BPS托架时调整6.5°左右的倾斜角，以避免在条码胶带上产生完全反射。

（3）在进行室外安装时，需要提供一定的额外保护外壳。

3.2 BPS条码的安装

BPS条码的正确安装主要包括以下几个方面。

（1）安装地点确保条码胶带不受外来光源强烈照射及其他反射的光线照射。

（2）裁剪条码胶带或粘附胶带间隔不能过大，否则扫描光束无法确实侦测标识，导致BPS在计算位置期间计算出双重位置。

（3）胶带安装表面尽量平坦、无油污，粘贴时，确保胶带无折叠、无褶皱和无气泡。

4 结语

该文详细地介绍了BPS条码识别的主要原理以及在RGV挂表系统中的应用。RVG挂表系统主要依靠BPS条码识别技术，以实现RVG小车的挂表位定位与实时位置的获取。BPS系统定位快速、精确度高，能够显著提高RGV小车的定位速度和定位精度，降低挂表错位率，为现代物流行业的定位与测距带来了新一轮的技术革新。

参考文献

[1] 刘永强.基于遗传算法的RGV动态调度研究[D].合肥工业大学，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.激光测距仪和激光条码定位技术在自动存储系统工程中的应用[J].工程建设与设计，2012（10）：184-186.