DE10109705C2 - Codierung beim verformenden Beschriften und Markieren von Oberflächen und zugehörige Lesevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Codierung beim verformenden Beschriften oder Markieren von Oberflächen, insbesondere beim Prägen oder Ritzen der Oberfläche von Werkstücken sowie eine Vorrichtung zum Lesen dieser Codierung.

Es existiert eine Vielzahl von Codiermethoden beim Beschriften und Markieren von Gütern, sei es direkte Beschriftung oder indirekte Beschriftung (Aufkleben von beschrifteten Etiketten), z. B. Barcodes, Matrixcodes, Klarschrift.

Beim direkten Beschriften mittels Prägezeichen, Nadelprägung, Ritzen und dgl. besteht beim Lesen das Problem, daß sich die Erscheinungs­ formen der Zeichen aufgrund schwankender Oberflächeneigenschaften, aufgrund Abnutzen des Werkzeugs oder schwankender Materialeigenschaften stark ändern können, was zu entsprechenden Problemen beim automatischen Lesen führt.

Konventionelle Barcodes können unter diesen Umständen nur sehr schwie­ rig aufgebracht werden und das Lesen bereitet aufgrund der Schwankungen äußerste Schwierigkeiten. Ähnliches gilt bei der direkten Beschriftung von schwierigen (rauhen, texturierten) Oberflächen mit Matrix-Codes.

Bei der Klarschrift OCR-A handelt es sich im wesentlichen um eine An­ ordnung von senkrecht oder waagrecht angeordneten Strichen. Die In­ formation steckt in der Anwesenheit/Länge und in der Richtung der Striche. Beleuchtungstechnisch ist es sehr schwierig, eine Anordnung zu finden, mit der sowohl die waagrechten als auch die senkrechten Striche sich deutlich darstellen. Bei gering kontrastierenden Strichen ist die Entscheidung über Abwesenheit/Abwesenheit bzw. Länge sehr kritisch. Bei anderen Schriften ist die Situation noch schwieriger.

EP 0 469 864 A2 betrifft ein Verfahren zum Codieren von digitaler Information in Form von Zeichen, die zum Bedrucken eines Trägers geeignet sind. Die Zeichen werden so ausgewählt, dass sie nicht ineinander übergehen wenn sie als Folge von Fotokopieren, Übertragung per Facsimile oder eines Einscannvorgangs verändert oder gestört werden. Es wird ein Beispiel beschrieben, bei denen Striche jeweils im Winkel von 45° zu einer Hauptrichtung angeordnet sind. Strichen in der einen Richtung wird der Binärwert 0 und Strichen in der anderen Richtung wird der Binärwert 1 zugeordnet.

In JP 9-097300 A wird ein 1,5 dimensionaler Barcode beschrieben. Dabei ist es hier das Ziel, die Informationsmenge zu erhöhen und das Lesen zu erleichtern. Wie gezeigt, werden unterschiedliche Dreiecksformen den Zeichen ab, ac, ba, ca, bc und cb zugeordnet. Jede dieser Dreiecksformen wird begrenzt durch eine gerade Linie in Richtung einer Hauptrichtung und dazu quer angeordneten geraden bzw. schrägen Linien. Die Information ist hierbei in der Orientierung, der Lage und der Form der Dreiecke enthalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Codierung beim verformenden Beschriften oder Markieren von Oberflächen sowie eine, entsprechende Lesevorrichtung bereitzustellen, wobei die Beschriftung mit einfachen Mitteln sicher darstellbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 9 gelöst.

Die Erfindung geht davon aus, dass die Beschriftung im Wesentlichen aus einer Anordnung von Geradenstücken besteht, wobei die Information zumindest teilweise in der Orientierung der Geradenstücke steckt und die Orientierungswerte einerseits so deutlich voneinander abweichen, dass sie sicher unterscheidbar sind, andererseits nicht zu sehr voneinander abweichen, damit sich die Geradenstücke unter den geschilderten Randbedingungen auch mit einfachen Mitteln sicher darstellen lassen.

Unterscheidet sich bei direkter Beschriftung die Orientierung der Geradenstücke nur gering (z. B. maximal ca. 20 Grad), so hat das den beleuchtungstechnischen Vorteil, daß sich im Bild die Kontraste und Strichbreiten der Geradenstücke bei schwankenden Eigenschaften des Werkstücks, bei sich ändernder Eigenschaft des Beschriftungswerkzeugs oder bei schwankenden Umgebungsbedingungen (Beleuchtungsschwankung; Änderung des Einfallswinkels nach einer Umbaumaßnahme .) zwar stark ändern können, die Richtung (bei Umbaumaßnahmen die relative Rich­ tung) der Geradenstücke im Bild bleibt jedoch erhalten.

Siehe zur Erläuterung Fig. 1; hierbei sind: 1 Bildaufnahmeeinrichtung (Kamera)
2 Beleuchtung
3 Oberfläche mit markierter Stelle im Querschnitt (2 verschiedene Profile); Ritzungsrichtung senkrecht zur Zeichenebene:

Bei Ändern der Beleuchtungs/Betrachtungsgeometrie oder Ändern des Ritz-Profils (Werkzeugwechsel, Werkzeug-Abnutzung), ändern sich die Reflexionsverhältnisse; dies kann bis zur Kontrastumkehr gehen. Die im Bild meßbare Richtung der Striche bleibt jedoch konstant.

Die in Fig. 1 angegebene Anordnung ist optimal zur Darstellung von Strichen, die auf der Beschriftungsebene rechtwinklig oder näherungs­ weise rechtwinklig zur Achse Kamera-Beleuchtung stehen. Wenn die Striche nur gering von dieser Richtung abweichen (z. B. +-15 Grad), werden die Striche immer optimal dargestellt.

Die oben allgemein und am Beispiel der OCR-A-Schrift dargestellte Schwierigkeit wird erfindungsgemäß wie folgt umgangen: es werden nur Geradenstücke zum Erkennen verwendet, die sich um einen nicht zu großen Betrag in der Richtung unterscheiden; sie stellen sich damit auch mit einfachen Beleuchtungsanordnungen zuverlässig dar.

Im einfachsten Fall geschieht eine einfache Umsetzung der Bits der binär vorgegebenen Information in zwei Richtungswerte, z. B. +15 Grad, -15 Grad.

Zusätzlich zur Richtung kann optional auch die Relativposition der Striche ausgewertet werden; die Striche sind aber immer anwesend und in ihrer Länge steckt keine Information. Da die Information nicht in der Anwesenheit/Abwesenheit und auch nicht in der Länge der Striche steckt, sondern nur der Richtung und ggf. noch in der Position, ist eine sichere Auswertung auch bei gering kontrastierenden Strichen möglich.

Vorteilhafterweise steckt die Information nicht direkt in der Richtung der Geradenstücke, sondern im Richtungsunterschied von benachbarten, insbesondere aufeinanderfolgenden Geradenstücken.

Siehe Beispiel Fig. 2:
Codiertes Bit = 0 → geradeaus
Codiertes Bit = 1 → ca. +20 Grad ODER -20 Grad, je nach Position des Geradenstücks.
mit
4 informationstragende Geradenstücke
5 Hilfslinien

Mit dieser Vorschrift läßt sich erreichen, daß ein durchgehender Li­ nienzug entsteht und daß die Linie eine vorgegebene Gasse nicht ver­ läßt (wahlweise +15 oder 15 Grad).

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, mit gleicher Zuordnung der Richtungswerte, jedoch um 90 Grad veränderter Arbeitsrichtung. Anhand dieser Beispiele mit bündig aneinandergehängten Geradenstücken ist erkennbar, daß bei Richtungscodierung sich auch zwangsläufig als Nebenprodukt eine zusätzliche Ortscodierung ergibt (das nächste Geraden­ stück muß dort beginnen, wo das letzte aufgehört hat). Diese implizite Ortscodierung kann zusätzlich zur Erkennung verwendet werden.

Die Umsetzung der Hits der zu codierenden Information muß natürlich nicht direkt 1 : 1 erfolgen, wie im Beispiel Fig. 2 angegeben; die Codierung kann insbesondere über das Einführen von Redundanzen arbeiten für sicheres Lesen, wie dies allgemein bekannt ist, z. B. auch mit Prüf­ ziffern, wie bei Barcodes bekannt.

Eine Codierung entspre­ chend Fig. 1 kann im Sonderfall nur aus einem durchgehenden Linienzug (Polygon) mit veränderlicher Orientierung bestehen. Damit sind sehr schnelle schritthaltende Beschriftungs- und Leseeinrichtungen reali­ sierbar.

Nicht alle Geradenstücke müssen bezüglich der codierten Information relevant sein; es können zusätzlich Hilfslinien (5) wie z. B. Verbin­ dungsgeraden existieren, um z. B. ein Schreiben ohne Absetzen oder ein leichteres Lokalisieren des Codemusters zu ermöglichen. Bezüglich der Realisierung dieser Hilfslinien bestehen keine Einschränkungen.

In ähnlicher Weise, wie in den Bildbeispielen binäre Merkmale ver­ wendet wurden (Geradenstück gerade oder schräg), können auch ternäre, quartäre etc. Merkmale etc. zur Codierung verwendet werden, mit diskreter Abstufung in der Schräglage der Geradenstücke.

Beispiele

3 Symbole: waagrecht, steigend, fallend.
3 Symbole: waagrecht, schräg ca. 15 Grad, schräg ca. 20 Grad.
4 Symbole: steigend ca. 15 Grad, steigend ca. 20 Grad, fallend ca. 15 Grad, fallend ca. 20 Grad.
5 Symbole: waagrecht,
steigend ca. 15 Grad, steigend ca. 20 Grad,
fallend ca. 15 Grad, fallend ca. 20 Grad.
etc.

Claims (9)

1. Codierung beim verformenden Beschriften oder Markieren von Oberflächen, insbesondere durch Prägen oder Ritzen der Oberfläche von Werkstücken, wobei die Beschriftung oder Markierung mehrere Geradenstücke aufweist und mindestens ein Teil der Geradenstücke informationstragende Geradenstücke (4) sind, die zur Codierung von Information dienen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Richtungen der informationstragenden Geradenstücke (4) bezogen auf eine Arbeitsrichtung um nicht mehr als +/-20 Grad unterscheidet.

2. Codierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Richtung und dem Ort der informationstragenden Geradenstücke (4) die vollständige codierte Information enthalten ist.

3. Codierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der informationstragenden Geradenstücke (4) bezogen auf eine Arbeitsrichtung waagerecht, steigend oder fallend ist.

4. Codierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der informationstragenden Geradenstücke (4) bezogen auf eine Arbeitsrichtung in einem Winkel von etwa 0 Grad oder etwa 15 Grad oder in einem Winkel von etwa 20 Grad liegt.

5. Codierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der informationstragenden Geradenstücke (4) mindestens zwei Richtungswerte annimmt, die ausgewählt sind aus der folgenden Gruppe, waagerecht, in einem Winkel von etwa 20 Grad steigend, in einem Winkel von etwa 15 Grad steigend, in einem Winkel von etwa 15 Grad fallend oder in einem Winkel von etwa 20 Grad fallend jeweils bezogen auf eine Arbeitsrichtung.

6. Codierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die informationstragenden Geradenstücke (4) als Linienzug aneinander gereiht sind, wobei vorzugsweise beim Beschriften durch Ritzen einer Oberfläche das Ritzen der Geradenstücke ohne Absetzen erfolgt.

7. Codierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Linienzüge nebeneinander angeordnet sind.

8. Codierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei nebeneinander angeordnete Linienzüge an einem Ende durch eine Hilfslinie (5) verbunden sind.

9. Vorrichtung zum Lesen einer Codierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (1) und einer Beleuchtung (2), wobei die Achse Kamera-Beleuchtung zu einer Arbeitsrichtung rechtwinklig oder näherungsweise rechtwinklig ausgerichtet ist.