Visite im Hochregallager

Systeme - Vor den Toren Leipzigs steht das Auslieferungszentrum des Traditions-Versandhauses Quelle, das von hier aus ganz Deutschland mit Waren beliefert. Bei der Koordination des Wareneinsatzes hilft leistungsstarke Bildverarbeitung.

25. Juli 2006

Die Lagerhalle ist beeindruckend: 185 Meter breit, mit 18 Doppeltoren nebeneinander für 36 Lkw . Im Inneren sorgen 18 Bandsysteme dafür, dass die angelieferten Waren in den Regalsystemen der Nachbarhalle nach einem bestimmten Prinzip gestapelt werden - in 40 Regalgassen mit jeweils 32 Metern Höhe und 120 Metern Tiefe. Hinter der Hochregallagerhalle liegen weitere Gebäudekomplexe für das Kommissionieren, Verpacken und den Versand der Waren an die Endkunden.

Beim Entladen der Lkw werden die eingehenden Kartons registriert, erfasst und auf einem der Bandsysteme abgesetzt, das sie in das Hochregallager transportiert. Angesichts der Lagerkapazität von 2,2 Millionen Kartons ist hier eine speziell ausgeklügelte Logistik vonnöten: Wird ein Karton nämlich nicht konsequent registriert und verwaltet, ist er unweigerlich verloren. Die Erkennung eines jeden Kartons muss daher mit höchstmöglicher Sicherheit gewährleistet sein.

Registrierung und Identifizierung

Die Kartons für das Leipziger Lager haben eine vorgeschriebene Mindest- und Maximalgröße. Jeder soll auf der Vorderseite vom Lieferanten - in der Regel der Hersteller - mit einem von Quelle vorgegebenen Etikett versehen werden, das idealerweise eine Größe von 135 x 90 mm und festgelegte Formate und Formalien zu erfüllen hat.

Deshalb durchläuft beim Entladen jeder Karton zuerst ein Lichtgitter, um seine Größe zu bestimmen. Anschließend wird er gewogen. Dann versieht ein Etikettierer jeden Karton auf der Oberseite mit einem Barcode, der eine hausinterne, fortlaufende Nummer repräsentiert (Karton ID oder KID). Alle Kenngrößen sowie der jeweils momentane Aufenthaltsort des Kartons, der immer wieder durch Barcode-Scanner erfasst wird, werden ab jetzt über eine SPS (Siemens S5) mit dieser KID verknüpft.

Das maschinelle Auslesen der Etiketten ist aus verschiedenen Gründen jedoch nicht immer möglich. Obgleich sich die meisten Lieferanten an die Vorgaben bezüglich der Etikettgestaltung halten, geschieht es immer wieder, dass Kartons entweder gar

keine Etiketten haben, mit falschen Schrifttypen versehen oder handbeschriftet sind. Dazu kommt, dass manche Kartons zerdrückt sind - mit entsprechenden Folgen für automatische Lesbarkeit der Etiketten.

Als erstes wird der vom Hersteller aufgedruckte EAN 128-Barcode gelesen. Das geschieht mit einem Barcode-Reader, an dem die Bandstraße jeden Karton vorbeiführt, nachdem er mit der KID versehen worden ist. Über diesen Barcode werden bereits 75 Prozent der Kartons ausgelesen.

Zum weitestgehend automatisierten Lesen und Handhaben der restlichen Kartons wird in einem zweiten Schritt eine Kamera von Baumer Optronic eingesetzt, die ihre Leseergebnisse an die SPS sendet. Bei unklaren Leseergebnissen werden die Bilddaten zusammen mit der Position des Labels zum so genannten Videocodier-Server gesendet. Dort erfolgt entweder eine weiterführende Bildverarbeitung zur Verifizierung des Ergebnisses oder, falls kein Ergebnis erzielt werden kann, eine Übertragung des Bildes zu den Videocodier-Stationen zur manuellen Bearbeitung.

Die automatische Ziffernlesung durch die Kamera wurde nachträglich zusammen mit dem Videocodier-Server installiert. Durch diese Investition wurde die automatische Erfassung um weitere 19 Prozent erhöht, so dass nur noch sechs Prozent aller angelieferten Kartons zur Videocodierung müssen.

Zerstörte oder zerdrückte Kisten mit unlesbaren Etiketten müssen aussortiert und manuell registriert oder neu verpackt werden. Darunter fallen alle Kartons, deren Etiketten weder über den Barcode-Reader oder das Ziffernlesegerät noch über die Video-codierung erfasst werden können.

Am Ende wird jeder Karton, der eindeutig identifiziert und dessen Parameter mit ihrer KID verknüpft worden sind, auf ein Tablar aus Metall geschoben, an dessen Unterseite ein Tablar-Barcode (TID) zur Identifizierung angebracht ist. Dieses TID wird wiederum mit der KID verknüpft, so dass danach nur noch das Tablar zur eindeutigen Identifizierung eines Kartons dient. Ab jetzt greift das Lagerverwaltungssystem (LVS) von Siemens.

Im Hochregallager werden die Tablare nach einem ausgeklügelten System in den Regalen abgestellt. Immer wenn im Versandhaus nebenan eine bestimmte Ware auszugehen droht, fordert das LVS einen Karton mit Nachschub aus dem Hochregal an, Ausgelöst wird dieser Vorgang durch die Kundenbestellungen, die über das Internet, telefonisch oder per Post erfolgen. Wird eine bestimmte Anzahl von Stücken gebraucht, registriert das System den Bedarf und löst im Hochregallager den Nachschub-Vorgang aus. Dann fährt eines der schienengebundenen Regalbediengeräte - angewiesen vom LVS und gesteuert von der SPS - den Lagerort an, holt die Tablare aus dem Regal und stellt sie auf ein Bandsystem, das die Kartons ins benachbarte Gebäude bringt. Am Ende wird jede Ware automatisch in einem vordefinierten Fach zum Kommissionieren und Versenden abgelegt.

Bildverarbeitung als logistische Herausforderung

Ziel des Bildverarbeitungs-Projektes war es, die automatisierte Leserate der zu 25 Prozent nicht ausgelesenen Kartons deutlich zu erhöhen, um bei der Videocodierung und der manuellen Bearbeitung Zeit einzusparen. Zwei Lösungen standen zur Auswahl: ein zen-traler Scanner oder Kameras. Ein Scanner jedoch benötigt aufgrund des hohen Kartondurchsatzes und der hohen Objektgeschwindigkeit eine Spezialbeleuchtung und aufwändige Rechentechnik. Mit parallelen und einfach zu handhabenden Kameras hingegen ließen sich die vorhandene Installation weitestgehend nutzen und die Kosten dabei geringer halten. Zudem generierte der Einsatz standardisierter Komponenten den Investitionsschutz für den Anlagenbetreiber.

Mit der Realisierung wurde Baumer Optronic aus Radeberg beauftragt. Das Unternehmen stellt Komponenten für elektro-optische Geräte zur Bildverarbeitung her und bietet intelligente Kameras an, die bereits intern mit einer OCR-Software ausgestattet sind.

»Die Ziffern auf den Lieferanten-Etiketten mit der geforderten Lesesicherheit zu decodieren war eine große Herausforderung«, erläutert Dr. Ralf Grieser, Produktmanager bei Baumer Optronic. »Viele Unregelmäßigkeiten in der Beschriftung, Handbeschriftungen, Beschädigungen der Etiketten bis hin zur Zerstörung oder die falsche Positionierung der Etiketten und die damit verbundene große Lesefläche machten die Aufgabe anspruchsvoll. Unsere Kamera i-Cam konnte die erforderliche Rechenleistung aber sehr gut erbringen.«

Zur Verifizierung des Leseergebnisses wurde jedoch zusätzliche Software benötigt, die Vergleichsergebnisse zur Verfügung stellt. Der Rechenzeitaufwand ist hier allerdings nicht mehr kritisch, da die Positionen des relevanten Labels im Bild bereits vollständig durch die Kamera erfasst wurden.

Die erste Stufe der Bildverarbeitung läuft über die i-Cam 108 mit hardwareunterstützter OCR-Software (Ziffernlesegerät ZLG) von Baumer. Das Objektiv und die optischen Filter stammen von Schneider-Optik.

Stimmen ZLG-Ergebnis und der Lieferanten-Barcode überein, ist der Job erledigt. Haben jedoch der Barcode-Reader oder das ZLG unterschiedliche oder keine Ergebnisse gebracht, wird ein weiterer Schritt nachgeschaltet: Auf einem herkömmlichen PC läuft eine zusätzliche proprietäre OCR-Software von Baumer und parallel dazu die Halcon-OCR von MVTec. Erst diese Kombination der Ergebnissuche bringt für Quelle eine zufrieden stellende Lesesicherheit.

Das Bild sowie die Region of Interest (ROI), die bereits in der i-Cam erfasst und bestimmt wurden, werden an die beiden Softwarestränge auf dem PC übergeben und dort gleichzeitig verarbeitet, die beiden Ergebnisse wiederum mit dem OCR-Ergebnis aus der i-Cam verglichen. Gibt es zwei übereinstimmende Ergebnisse der drei OCR-Verarbeitungen, so gilt dies als ausreichend. Erst wenn kein zufrieden stellendes Ergebnis (also mindestens 2:1) vorliegt, wird das Bild manuell videocodiert.

Durch die Ergänzung der i-Cam mit den beiden parallelen OCR-Verarbeitungen ist der Automatisierungsgrad um 18 Prozent gestiegen. Die Software konnte problemlos auf die OCR-Anforderungen hin angepasst und implementiert werden, wie Quelle und Baumer bestätigen. Die industrielle BV der Anlage läuft vollkommen wartungsfrei.

Dr. Ralf Grieser, Baumer Optronic

Dr. Lutz Kreutzer, MVTec Software

FAKTEN

- Die Smart-Cameras der i-Cam-Serie von Baumer Optronik, Radeberg, basieren auf der TI-DSP(Digital Signal Processor)-Technik.

- Ein neuartiger FPGA-Bildprozessor unterstützt in Echtzeit generische Bildverarbeitungsfunktionen wie beispielsweise Filterung, Feature Extraction und auch interpolierte Konturpunktvektorisierung.

- Die offene Systemarchitektur ermöglicht dem Anwender das individuelle Erweitern der herstellereigenen Skriptsprache um eigene Funktionen auf Basis von C++.

- Die CCD-Kameratechnik verfügt über programmierbare Ein-/Ausgänge und Schnittstellen wie RS232 / 485 und Ethernet zur Prozesssteuerung.

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2006