CN1318879C - 条形码读取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种条形码读取装置，其将扫描的激光光束照射到条形码标记上并读取标记中所写的信息，其中，通过插入模制将一激光光束扫描单元与可移动的支撑部件、固定到主体上的支撑部件，和与这些支撑部件连接的金属弹性部件制成一体，这些支撑部件与扫描反射镜模制成一体，永磁铁固定到支撑部件上。驱动线圈设置在永磁铁附近，并产生引力或斥力，使得磁铁以周期性的激光光束扫描角度旋转。此外，设置止动器机构，以缓解对扫描反射镜的旋转的外部冲击。

Description

条形码读取装置

技术领域

本发明涉及一种条形码读取装置，其进行扫描并将来自扫描反射镜的激光光束照射到条形码标记上，由反射光读取写入的信息，更具体地说，本发明涉及对激光光束进行扫描的激光扫描器的改进。

背景技术

一般情况下，公知的条形码标记由间隔排列且具有不同线宽的多个条纹组成，根据排列方式来表达不同的信息。这种条形码印刷在物品上，或者是条形码的印刷粘贴标签粘贴到物品上。用激光光束扫描并照射条形码，以光学方式读取反射光并转化成电信号，并解码为信息。

常规地，作为一种扫描激光光束的手段，多面镜随着马达旋转并进行扫描。这就需要马达驱动系统，并消耗很多电力。因此，通常情况下，将其设置在固定的条形码读取装置中，当读取条形码时，将粘贴在物品上的条形码标记带到激光光束的照射区域。然而，事实上，有时条形码印刷在又大又重的物品上，因此需要便携式条形码读取装置，并开发出紧凑的多面镜。

为了使条形码读取装置便于携带，需要手柄以便用手握住该单元，该单元必须紧凑轻便且电力消耗低。特别是，当考虑到无绳单元时，在改善激光光束扫描单元的方面会出现问题。

因此，例如，公开号为No.2001-076085的日本专利申请公开了一种激光光束扫描单元，其通过扫描反射镜的往复运动来扫描激光光束，而不是常规的多面镜。在这种激光光束扫描单元中，扫描反射镜可旋转式地被支撑，永磁铁通过臂固定到扫描反射镜上。线圈设置在永磁铁附近。通过使线圈的励磁方向来回变化，形成永磁铁的磁场以产生引力或斥力，通过这些力使扫描反射镜往复运动。设置板簧(弹性部件)来限制扫描反射镜的往复运动范围，并且在实质上返回中心位置的方向上给予反射镜能量或者促进往复运动。

通过上述结构，可以使激光光束扫描单元紧凑轻便且电力消耗低，而且，可以使制作的条形码读取装置紧凑轻便，实现了长期的持续操作。

当实际使用轻便型条形码读取装置时，在将要读取信息的物品所放置的位置处读取条形码。例如，必须在高温高湿度的仓库中或含有冷冻食品的冷冻装置中读取条形码。也就是说，即使在高温高湿度的条件直到非常低的温度条件下，条形码读取装置也应当正确地工作。

然而，在日本专利公开No.2001-076085中公开的条形码读取装置，其激光光束扫描单元采用树脂、橡胶以及弹性体之一作为板簧的弹性部件，其限制扫描反射镜的往复运动范围，并在实质上返回中心位置的方向上给予反射镜能量或者促进往复运动。特别是，由树脂制成的弹性部件的机械特性高度依赖于温度，尤其是弹性模量的温度相关性可能增加低温时的驱动能量，或者作为增加驱动能量的结果而使扫描角度改变。这表明当激光光束扫描单元以特征频率f0往复运动时，特征频率f0与温度相关。当该单元以特征频率f0往复运动时，可使能量消耗最小化，这对于由电池电力驱动的轻便型条形码读取装置是有用的。然而，另一方面，特征频率f0控制激光扫描速度，因此理想的是特征频率的温度相关性较低，以便在每个温度下都能始终获得稳定的条形码读取装置性能。而且，扫描角度的改变引起激光扫描角度的改变，并影响了条形码读取性能。

采用轻便型条形码读取装置，操作人员可能出于意外将条形码单元掉到地面上，这就需要对跌落时的冲击具有耐久性。

而且，激光光束扫描单元的所需性能在扫描反射镜和支撑部件方面是不同的，该单元由多个制造方法和性能不同的部件构成。因此，通过某种组装方法如粘接将该单元制成一体，而组件部分的组装误差对激光光束的扫描稳定性和光学精度有很大影响。也就是说，不仅需要已完工部分精确度高，而且在组装工作中也需要一致性和技巧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种条形码读取装置，具有紧凑的激光光束扫描单元，其中采用金属材料用于弹性部件，该弹性部件由支撑部件支撑，限制扫描反射镜的往复运动范围以对激光光束进行扫描，并促进往复运动；通过在生产过程中插入模制(insertion molding)将金属弹性部件和支撑部件模制成一体；使用不同材料用于具有不同性质和特性的支撑部件和扫描反射镜；通过注入模制将支撑部件和扫描反射镜模制成一体；以高精确度、低的特征频率f0的温度相关性，和对跌落时的冲击的高度耐久性构造激光光束扫描单元，同时降低了组装过程中的精度要求。

为达到上述目的，根据本发明，提供了一种条形码读取装置，其进行扫描并将激光光束辐射到条形码标记上，由反射光读取条形码标记中的信息，包括：扫描反射镜，其周期性地旋转，以进行扫描并使激光光束在预定方向上往复运动；形成磁场的永磁铁；支撑部件，用于支撑扫描反射镜和永磁铁；金属弹性部件，使支撑部件与设置在条形码读取装置主体上的固定支撑部件可旋转地啮合在一起；驱动线圈，其被设置以在永磁铁之间产生引力或斥力；以及驱动电路，其将周期性的脉冲电压施加到驱动线圈上；其中设置激光光束扫描单元，其与来自驱动电路的脉冲电压同步地，在永磁铁和驱动线圈之间产生引力或斥力，以通过利用弹性部件的弹性力使扫描反射镜周期性地旋转，在扫描反射镜上下两端的旋转中心设置圆柱形销，扫描反射镜周期性地旋转，以进行扫描并使激光光束在预定方向上往复运动；止动器，可在不限制反射镜的旋转的情况下旋转，并在扫描反射镜受到冲击时控制可移动的范围，该可移动的范围被控制在旋转中心方向的旋转中心轴上，旋转方向范围控制被安排在与金属弹性部件同一表面上。

在本发明的条形码读取装置中，通过插入模制使激光光束扫描单元与可移动的支撑部件、被固定到主体上的固定式支撑部件、由金属制成的将这两个支撑部件连接起来的弹性部件制成一体；支撑部件与扫描反射镜模制成一体；永磁铁固定到支撑部件上。在永磁铁附近设置驱动线圈以产生引力或斥力，以便在某个角度上周期性地旋转扫描反射镜，使得扫描的激光光束照射到条形码标记上并读取信息。当条形码单元受到冲击时，设置在扫描反射镜上下两端的旋转中心的销对扫描反射镜的垂直移动范围和旋转范围进行调整。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的条形码读取装置的方框示意图；

图2为倾斜向下观察的激光扫描单元的结构的透视图；

图3A为显示激光光束扫描单元的配置的顶视图；

图3B为从驱动线圈观察得到的侧视图；

图4为用于解释本实施例的金属弹性部件的特性的图；

图5为显示根据本发明第二实施例的条形码读取装置的止动器机构的外部视图；

图6为倾斜向下观察的带有止动器机构的激光光束扫描单元的透视图；

图7A为显示激光光束扫描单元的顶视图；

图7B为激光光束扫描单元的侧视图；以及

图7C为激光光束扫描单元的底视图。

具体实施方式

下面，详细描述本发明的实施例。

图1显示出根据本发明第一实施例的条形码读取装置的构造简图。

条形码读取装置1包括激光光束发射单元2，其作为光源发射激光光束；激光光束扫描单元4，其扫描激光光束发射单元2发射的激光光束，并将其作为扫描的激光光束朝向目标条形码标记3照射；光接收单元5，其接受从条形码标记3反射的光，并基于反射光的强度产生检测信号；解码器6，对光接收部件5检测的信号进行处理，并产生条形码信息；以及驱动控制单元7，对激光光束发射单元2和激光光束扫描单元4的驱动进行控制。条形码读取装置1还具有外部终端8，用于与未示出的外部计算机的处理器进行连接。光接收单元5、解码器6和驱动控制单元7的电路元件安装在电路板9上。在这些电路元件中，激光光束发射单元2、光接收单元5、解码器6、驱动控制单元7和外部终端为公知部件，因此略去对这些部件的详细说明。

接下来，对第一实施例的激光光束扫描单元4的具体构造进行说明。图2为倾斜向下观察的激光扫描单元4的结构的透视图。

图3A为显示激光光束扫描单元4的顶视图；图3B为从驱动线圈观察得到的侧视图。

激光光束扫描单元4包括扫描反射镜11，其以摆动角α(激光光束扫描角度)周期性地旋转，对从激光光束发射单元2发射的激光光束进行反射，并将其在预定方向(条形码读取方向)照射；支撑部件12，其一端连接到扫描反射镜11的后侧(非反射镜侧)端部；圆柱形永磁铁14，通过支撑部件13设置在支撑部件12的另一端；固定式支撑部件16，固定在主体15上；金属弹性部件17将在下文描述，其将固定式支撑部件16连接到支撑部件12上；以及驱动线圈18，设置在永磁铁14之间以产生引力或斥力。

永磁铁14在圆柱体形状的长度方向上磁化，设置成磁化方向几乎与以金属弹性部件17长度方向的中心为中心的圆圈(箭头所示)接触。驱动线圈18固定到主体上，设置成内部核芯的中心轴几乎与永磁铁14的磁化方向平行，以产生几乎平行于永磁铁14的磁化方向的引力。在本实施例中，永磁铁14固定到支撑部件12上，驱动线圈18固定到主体上。但是，相反地，也允许将驱动线圈18设置在支撑部件12上，并将永磁铁14固定到主体上。

金属弹性部件17由金属材料制成并形成平面形状，可以通过支撑部件12相对于主体旋转，并且几乎垂直于扫描反射镜的反射镜表面固定。通过在永磁铁14和驱动线圈18之间产生的引力，在弹性部件中出现弯曲振动，扫描反射镜11以围绕弹性形变β长度方向的大约中点为中心以摆动角α周期性地旋转。

金属弹性部件17设计成具有优化的厚度和宽度，以便在可移动侧的部件，包括扫描反射镜11、支撑部件12/13以及永磁铁14被安装的状态下在50Hz产生一次弯曲振动模式。

接下来，通过参照附图3A和3B，说明激光光束扫描单元4的制造方法。首先，产生一个模具，用于注入模制支撑部件12/13和固定式支撑部件16。如图3A所示，产生该模具以使支撑部件12的一端通过金属弹性部件17连接到固定式支撑部件的一端上。也就是说，当金属弹性部件17插入到该模具中且注入诸如聚碳酸酯的树脂时，支撑部件12和固定式支撑部件16可模制成一个单个的单元，将金属弹性部件17夹于其中。这就消除了随后所需的通过粘贴将金属弹性部件17连接到支撑部件12和固定式支撑部件16上的组装步骤。此外，由于通过树脂模制而将部件制成一个单个的单元，因此金属弹性部件17非常稳固地熔焊到支撑部件12和固定式支撑部件16上。这可视为初级模制(primary molding)。

进一步，通过与初级模制一起再插入而制作扫描反射镜的主体，使得扫描反射镜的主体熔焊到支撑部件的另一端，并进行第二次插入模制以将其与初级模制制成一体。在第二次模制时，采用光学等级的树脂材料制作扫描反射镜的主体。接下来，通过将具有高反射率的反射材料如铝蒸发或溅射至扫描反射镜主体的反射表面上来制作反射镜。

通常情况下，与其它工程塑料相比，光学等级的树脂材料的机械性能特别是强度和粘性以及价格存在劣势。但是，通过将模制过程分为如上所述的两个步骤，通过采用具有良好机械性能和低价格的树脂材料制作结构部件，并采用光学等级的材料制作光学部件，有可能通过具有合适性能的材料将各部件模制成一个单个的单元。

接着，将永磁铁14固定到支撑部件13上。可以采用粘合剂固定，也可以在支撑部件13上制作一个突起，在永磁铁14上制作一个凹进部分，并将两者彼此固定。

如图3所示，将如上所述制成一个单个单元的激光光束扫描单元4的固定式支撑部件16组装并固定到主体15上。此外，组装并固定激光光束发射单元2、光接收单元5和驱动线圈18。

现在，参照附图4，对金属弹性部件17的厚度和宽度的优化过程进行说明。这里，将金属弹性部件17制成有效长度为2.6mm以及宽度为2.8mm的平板。假设扫描反射镜11、支撑部件12/13以及永磁铁14安装到金属弹性部件17的可移动侧，并假定金属弹性部件17具有50Hz的频率和良好的耐久性。

图4中，计算通过使用用于弹簧的铍铜或不锈钢作为金属弹性部件材料以便获得50Hz的频率的优化厚度，以及当激光光束扫描角度α在60°的条件下旋转时所施加到金属弹性部件上的应力。根据计算结果，可以看出大约0.03mm的厚度适合于获得50Hz的频率。也可以看出，在厚度为0.03mm的情况下，用于弹簧的铍铜的应力比不锈钢的应力低30％。

在采用上述金属弹性部件17的激光光束扫描单元4中，通过从驱动控制单元7向驱动线圈18施加50Hz的脉冲电压，驱动线圈18在几乎平行于永磁铁14的磁化方向上，给予永磁铁14一个与脉冲电压同步的周期性的力。

该力作用于金属弹性部件17以及移动侧的部件上，作为一种激励扭矩来旋转扫描反射镜11，使其继续以50Hz的一次弯曲振动模式共振。扫描反射镜旋转，以围绕上述中点为中心以某个摆动角α不断地往复运动。支撑部件12和13以聚碳酸酯为材料，并由具有良好强度的结构部件构成。扫描反射镜的主体由光学等级的树脂材料制成。

因此，通过采用上述金属材料用于金属弹性部件17，有可能使温度引起的机械变化最小。特别是，当使用用于弹簧的铍铜时，不同于采用普通的铁系金属材料，磁驱动电路不受影响，实现了需要长期以较大角度操作的条形码扫描器的激光扫描单元所需的良好耐久性。

金属弹性部件优选由非磁性材料制作。其可以由用于弹簧的磷酸铜或钛以及用于弹簧的铍铜或非磁性不锈钢制成。在本实施例中，金属弹性部件由单一金属(一类金属)制成，但材料并非局限于此，弹性部件可以由合金制成，也允许将多种金属制成薄平板并将它们层压以形成一块平板。此外，在本实施例中，金属弹性部件被制成长方形平板，但其也可以制成在其侧面带有曲线的桶形，或者中部狭窄的形状。也可以是其它形状，例如，带有一个或多个孔的平板，中间和边缘具有不同厚度的平板，以及带有象条纹或锯齿形突起的平板。

接下来，对根据本发明第二实施例的条形码读取装置进行说明。图5、图6、图7A、图7B和图7C显示了根据本发明第二实施例的带有止动器机构的激光光束扫描单元的配置实例。

在前述第一实施例的条形码读取装置中，激光光束扫描单元的扫描反射镜由金属弹性部件17支撑，当其受到外部冲击时，激光扫描可能由于振动而受到干扰，在某些情况下，金属弹性部件17可能变形。

在本实施例中，设置止动器机构以防止由于冲击而造成的振动和损坏。通过在扫描反射镜21上下两端的旋转运动中点(图3A所示的中点)处设置圆柱形销31a和32a(第一控制部位)，该止动器机构防止扫描反射镜21的垂直振动，而不限制扫描反射镜21的旋转。此外，设置销31b(第二控制部位)以控制当扫描反射镜21受冲击时的移动范围。

具体而言，如图5所示，圆柱形销31a设置在扫描反射镜21下面的旋转中心，圆柱形销31b设置在支撑部件22下面，金属弹性部件17固定于此。在主体(外壳)25中设置有包括扇形沟槽(或孔)的移动范围控制单元25b。该移动范围控制单元25b的扇形沟槽具有位于枢轴上的孔25a，其与销31a固定在一起，但不限制其旋转。销31b沿着扇形边缘可移动地固定。

在扫描反射镜21之上，圆柱形销32a设置在旋转中心。设置在扫描反射镜21之上的电路板29具有孔29a，其还如上所述控制可移动范围，且销32a插入孔29a中。电路板29通过螺钉33固定到主体25上。

销31a和32a固定到孔25a和29a中，与扫描反射镜21的旋转以及销31a和32a的旋转的中心共轴。

此外，如图6所示，在支撑部件23上端切割出沟槽22a，控制单元32具有U型部分32c，其含有沟槽32b，用于和沟槽22a配合。沟槽22a和32b被安装并固定，将控制单元32固定到支撑部件上。

如上所述，包括扫描反射镜21的磁铁24的可移动部分的中心重力，基本上与扫描反射镜21的旋转中心对准。垂直运动被控制在旋转中心轴上。相对于旋转中心的在法线方向上的旋转，被控制在基本上与垂直于中心轴方向上旋转中心轴对准的位置处。而且，在与金属弹性部件17同一平面上提供旋转方向的控制。

利用上述结构，当正常读取条形码时，扫描反射镜21的旋转不受控制，当发生冲击并且旋转变为异常时，扫描反射镜21的旋转范围受到控制。通过设置在支撑部件22上下两端的销31a、32a，以及在固定到该单元上的部件中所形成的孔25a、29a，对垂直振动进行控制。对于水平振动，通过沿着移动范围控制单元25的扇形边缘移动销31b，对该旋转进行控制。

因此，当扫描反射镜21受到外部冲击时，对于旋转中心轴方向上的冲击，止动器机构将移动范围控制在旋转中心轴上，对于旋转方向的冲击，将移动范围控制在与金属弹性部件17相同的平面上。这使得在不对金属弹性部件17施加异常力的情况下防止变形和弯曲成为可能。

表1

根据表1，当环境温度降低时，树脂部件的刚性增加，特征频率f0的数值增加。相反，铍铜的特征是非常低的特征频率f0的温度相关性。

表2

部件	下止动器(G)	上/下止动器(G)
			用于弹簧的铍铜	1000	2500
树脂	2500	-

表2表明了当从六个方向施加冲击时，基于在扫描反射镜的扫描方向上2°或更低的变化(角度)为良好的标准，对每个部件的变形状态进行测量的结果。根据表2所示的测量结果，可以简单地通过在上下两侧设置止动器机构来使用树脂部件，用于弹簧的铍铜可通过在上下两侧设置止动器机构来对抗冲击。

因此，如果将树脂制成的扫描反射镜用在由电池电力驱动的条形码读取装置中，可降低电池电压，并提高特征频率f0(刚性)，作为这种乘数效应的结果，将发生条形码读取装置的操作时间减少的问题。另一方面，当使用铍铜时，特征频率f0的温度相关性非常低。与使用树脂部件相比，这可以提供使电池能耗变小的效果，能够覆盖由于温度降低而引起的电池电压下降，并且不减少条形码读取装置的操作时间。

根据上述实施例，可获得以下效果。

1.通过采用金属样品，弹性部件具有非常低的机械特性的温度相关性，提供了一种激光光束扫描单元，其在较宽范围的操作环境中具有稳定的频率特性和信号响应。

2.特别是，当使用用于弹簧的铍铜时，金属弹性部件具有很高的耐久性，并且不影响磁驱动电路。

3.通过将金属弹性部件和支撑部件构造成一个单个单元，无粘接(连接)部分，可消除诸如组装误差的不稳定因素，组装成本降低。

4.通过将扫描反射镜模制成一个单个单元，每个部分的位置精确度由用于模制的模具确定，提供了高精确度。在组装部件的过程中不产生不均匀度，提供了高质量。可降低组装成本。无需连接装置，可实现紧凑性。

5.在同时模制反射镜和支撑部件的过程中，当不能获得反射镜的光学平面度时，将模制过程分为两个步骤：初级模制步骤，用于将金属弹性部件插入到支撑部件中，次级模制步骤，用于进一步插入通过初级模制制成的部分并与扫描反射镜合并作为一个单个单元。这可以提供具有良好光学性能的反射镜。此外，无组装误差提供了高质量，并降低了安装成本。不需连接部件，可实现紧凑性。

6.在上述效果5中，可选择合适的材料用于初级和次级模制，适合于初级模制过程中的结构部件的树脂，和适合于次级模制过程中的光学部件的树脂。而且，由于每一部件的位置精确度由用于模制的模具来确定，因此部件的质量方面不会产生不均匀度，提供了稳定的高精确度。

7.通过在支撑部件的上下两端提供止动器机构以支撑扫描反射镜，可获得高的抗冲击性。

如上详述，根据本发明，由支撑部件支撑并扫描激光光束的扫描反射镜的往复运动范围受到控制；对于促进往复运动的弹性部件采用金属材料；在生产过程中通过插入模制将金属弹性部件和支撑部件制成一个单个单元。通过利用注入模制，将具有不同特性和性质的扫描支撑部件和反射镜制成一个单个单元，提供了一种条形码读取装置，其激光光束扫描单元结构紧凑，精确度高，特征频率f0的温度相关性低，对跌落冲击具有高耐久性，同时降低了对组装工作中的精确度要求。

Claims (3)

1.一种条形码读取装置，其扫描并将激光光束照射到条形码标记上以及从反射光中读取条形码标记中所写的信息，包括：

扫描反射镜，其周期性地旋转，以进行扫描并使激光光束在预定方向上往复运动；

永磁铁，其形成磁场；

支撑部件，其支撑该扫描反射镜和该永磁铁；

弹性部件，其以设置在该条形码读取装置的主体中的固定式支撑部件可旋转支撑该支撑部件；

驱动线圈，其被设置以在该永磁铁之间产生引力或斥力；以及

驱动电路，其将周期性的脉冲电压施加到该驱动线圈上；

其中，该弹性部件被插入到注入模中，以使该支撑部件和该弹性部件形成为单个单元，被模制的支撑部件被插入到另一个注入模中，以形成该扫描反射镜的主体，其构成该扫描反射镜、该支撑部件和弹性部件作为单个单元。

2.根据权利要求1所述的条形码读取装置，其中，该支撑部件和该扫描反射镜的树脂材料不同。

3、根据权利要求1所述的条形码读取装置，还包括止动器，该止动器包括：

第一控制部件，其控制该扫描反射镜在其旋转轴方向上的运动；和

第二控制部件，其控制该扫描反射镜在其旋转方向上的旋转。

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