DE102014018786A1

DE102014018786A1 - Verfahren zum Erzeugen und Auslesen eines zwei- oder drei-dimensionalen Codes

Info

Publication number: DE102014018786A1
Application number: DE102014018786.1A
Authority: DE
Inventors: Ingo Müllner; Robert Hauser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein technisches Verfahren zum mechanischen oder optischen Anbringen und Auslesen einer zwei- (5b) oder drei-dimensional codierten Information (5b, 6b, 7b) auf Oberflächen eines Trägermaterials (13), zur Weiterverarbeitung mit einem, mit entsprechender optischer Vorrichtung, z. B. Kamera (18) versehenem Smartphone, Tablet, Computer oder gleichartiger Auswerte-Hardware (17). Sie beinhaltet insbesondere das nachträgliche ein- oder beidseitige, quasi nicht sichtbare Anbringen durch Prägen oder Material punktuell entfernen oder hinzufügen auf bedruckten wie unbedruckten, vorzugsweise flachen Oberflächen von Trägermaterialien aus Papier, Textilien oder Kunststoffen sowie das Auslesen der codierten Informationen mittels Erfassen der punktuellen Kontrastunterschiede als Erkennungsmuster, erzeugt durch das vorgenannte Verfahren, mit Hilfe von Durchlicht- oder Auflichtverfahren, bspw. beim Durchscheinen (15) mit einer Lichtquelle (16). Der Code wird durch eine Teilprägung und/oder -perforation bzw. vollständige Perforation der Oberfläche des Trägermaterials (13), z. B. Papier (13) erzeugt. Im Falle der Teilperforation bzw. -prägung ist es auch möglich einen drei-dimensionalen Code zu realisieren. Dabei wird das Material in unterschiedlichen Tiefen perforiert, z. B. ¼ und ½ der Materialstärke. Es werden dadurch unterschiedliche Helligkeitsstufen (5b, 6b, 7b) beim Durchscheinen erreicht und diese lassen die sich als Graustufen optisch unterscheiden.

Description

1. Gebiet der Erfindung

1.1 Die Erfindung bezieht sich auf ein technisches Verfahren zum mechanischen oder optischen Anbringen und Auslesen einer zwei- 9 oder drei-dimensional codierten Information 10 auf Oberflächen, eines Trägermaterials 1, zur Weiterverarbeitung mit einem, mit entsprechender optischer Vorrichtung, z. B. Kamera versehenem Smartphone, Tablet, Computer oder gleichartiger Auswerte-Hardware 17, insbesondere das nachträgliche ein- oder beidseitige, quasi nicht sichtbare Anbringen durch Prägen oder Material punktuell entfernen oder hinzufügen auf bedruckten wie unbedruckten, vorzugsweise flachen Oberflächen von Trägermaterialien 1 aus Papier, Textilien (bspw. als Gelege oder Gewebe) oder Kunststoffen sowie das Auslesen der codierten Informationen mittels Erfassen der punktuellen Kontrastunterschiede, erzeugt durch das vorgenannte Verfahren, mit Hilfe von Durchlicht- oder Auflichtverfahren 4.

2. Verwandte Technik – Stand der Technik

2.1 Optisch lesbare Codes, wie etwa Barcodes (ein-dimensional) oder QR-Codes, sind inzwischen in vielen Bereichen der Industrie aber auch im Alltagsleben weit verbreitet. Insbesondere zwei-dimensionale Codes (z. B. QR-Code) werden oft im Marketing, der Werbebranche und auf Visitenkarten genutzt. Besonders auf Visitenkarten bieten die Codes zwar den großen Vorteil, dass sich damit die Verbindung vom Analogen zum Digitalen herstellen lässt, indem in dem Code ein Link auf eine URL oder bspw. die persönlichen Kontaktdaten (z. B. im VC-Format) enthalten sind. Gerade aber auf Visitenkarten, bei begrenztem Platz und wo es auf das Design ankommt, hat der hier hauptsächlich verwendete QR-Code entscheidende Nachteile. Die Größe des Codes korreliert direkt mit der Datenmenge, die darin kodiert ist. Je mehr Daten, desto größer wird der Code.
2.2. Werden die Kontaktdaten direkt im Code hinterlegt, z. B. im VC-Format, nimmt der Code bereits einen relativ großen Teil der Karte ein, der damit nicht mehr für die Kontaktinformation oder Designelemente zur Verfügung steht. Darüber hinaus hat der Code mit seinen Kästchen eine sehr eigene optische Charakteristik, die sich aus Designersicht schwer in ansprechende Gestaltung integrieren lässt. In vielen Designs können die meist schwarzen Blöcke des QR-Codes als störend empfunden werden.
2.3 Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen zwei- oder dreidimensionalen Code (im Folgenden auch als 2D- oder 3D-Code bezeichnet) 9, 10 quasi unsichtbar nachträglich in beliebige Oberflächen, insbesondere von flachem, dünnem Material, als Trägermaterial 1, z. B. Papier, Textil, Kunststoff oder Leder einzubringen und die darin gespeicherten Informationen auslesbar zu machen. Das Material zeichnet sich dabei in der Regel durch ein großes Aspektverhältnis Fläche zu Dicke aus und der Code kann in die Oberfläche eingebracht werden, ohne das Design oder Layout maßgeblich zu beeinflussen oder zu zerstören. Das 2D- oder 3D-Codemuster kann ebenfalls bereits beim Herstellprozess mit in die Produktoberfläche eingebracht werden, bspw. bereits bei Urformverfahren als auch durch Stoffzusammenhalt-verändernde Verfahren wie Ausschneiden oder Abtragen oder aber Hinzufügen von Material als auch Eindruck-, Perforations- oder Prägeverfahren.
2.4 Dabei soll es einem Anwender möglich sein einen individuell gewünschten Code nachträglich einzubringen (z. B. mit Hilfe eines speziellen Nadelstempels).

Die Aufgabe wird durch das nachstehende beschriebene Verfahren gemäß Zusammenfassung Anspruch 1 oder 2 beschriebene Verfahren gelöst.
3. Problemlösung
3.1 Teiltransparenter, zwei-dimensionaler Code

3.1.1 Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen teiltransparenten zwei-dimensionalen Code, der beim Durchscheinen von Licht als Erkennungsmuster 8 sichtbar wird und dann optisch oder aber mechanisch ausgelesen werden kann. Unter Licht ist hier das gesamte Spektrum elektromagnetischer Wellen zu verstehen, nicht nur der für Menschen sichtbare Teil. Der Code wird durch eine Teilprägung und/oder -perforation 7a, 6a bzw. vollständige Perforation 5a der Oberfläche des Materials, z. B. Papier, hier als Trägermaterial 1 bezeichnet, erzeugt.
3.1.2 Besonders geeignet aber nicht ausschließlich für dieses Verfahren sind so genannte Punktmatrix-Kodierungen (bspw. Punkt- oder Dotcode), die aus voneinander abgegrenzten Punkten bestehen. Es kommt dabei allerdings ein invertierter Dotcode 11 (oder anderweitig geeigneter Code) zur Anwendung. Während normaler Dotcode durch schwarze Punkte auf weißem Untergrund dargestellt wird, werden hierbei helle Punkte, in diesem Fall können das Löcher oder Halbtransparente Punkte sein, die im Durchlicht- oder Auflichtverfahren sichtbar werden, vor dunklem Hintergrund als Code optisch gelesen 4.
3.1.3 Ein solcher Code kann durch verschiedene Verfahren erzeugt werden, z. B. mit einem speziellem Nadelstempel (s. Anspruch 3). Der Dotcode wird z. B. mit Hilfe einer oder mehrerer Nadeln erzeugt, die lediglich so weit in das Material eindringen, dass eine leichte Perforation entsteht, das Material aber nicht vollständig durchstoßen wird 6a, 7a. Es kann aber auch eine vollständige Perforation vorgenommen werden 5a, bei dem das Material mit der Nadel vollständig durchstoßen wird. Wird das so teilperforierte bzw. perforierte Material vor eine Lichtquelle gehalten (z. B. Fenster, Lampe o. ä.) heben sich die teilperforierten bzw. perforierten Stellen als hellere Punktevor dem Rest ab und der Code wird sichtbar 4.
3.1.4 Durch abfotografieren mit einer in einer Ausleseeinheit mit CPU 17, z. B. in einem Smartphone oder Tablet, integrierten Kamera 18 entsprechender Lesesoftware kann der Code eingelesen werden. Die Perforation kann je nach Material mit Hilfe einer Nadel oder Ähnlichem erzeugt werden. Die Perforation bildet dabei ein Muster, z. B. einen Dotcode ab. Wird das so perforierte Material vor eine Lichtquelle gehalten (z. B. Lampe oder Fenster mit Tageslicht) heben sich die perforierten Stellen als hellere Punkte vor dem Rest ab und der Code wird sichtbar. Je tiefer das Material durchdrungen wird, desto heller sind die Punkte die beim Durchscheinen sichtbar werden 5b, 6b, 7b.
3.1.5 Dotcodes können dabei richtungsunabhängig verwendet werden und können beliebige Formen annehmen. Der Vorteil des teiltransparenten, zwei-dimensionalen Codes liegt darin, dass er auf dem Material kaum zu sehen ist bzw. bei Teilperforation überhaupt nur auf einer Seite des Trägermaterials sichtbar ist 14. Die Teilperforation kann sehr fein sein und z. B. per LASER, Röntgen- bzw. Synchrotronstrahlen, Elektronenstrahl oder Plasmastrahl ausgeführt werden, und ist dennoch bei Durchleuchten mit einer Lichtquelle deutlich erkennbar. Auf der nicht perforierten Seite des Materials ist der Code ohne Durchleuchtung völlig unsichtbar. Der Code eignet sich deswegen überall dort, wo ein aufgedruckter Code störend wirken würde wie z. B. auf Visitenkarten, Textilien- u. Bekleidung oder Industrieteilen, die nicht mit anderen gedruckten Codes bestückt werden können bzw. sollen. Auf Visitenkarten etwa spart diese Methode Platz, da die perforierte Fläche ganz normal bedruckt werden kann. Während ein normaler QR-Code den ohnehin limitieren Platz auf der Karte weiter einschränkt.
3.1.6 Zur Erzeugung der Teilperforation von weichem Material, wie z. B. Papier, Leder, Textil o. ä. wird ein spezieller Stempelbenutzt. Der Stempel besteht aus einer Basis aus Gummi oder weichem Kunststoff in dem dünne kurze Nadelspitzen stecken. Über der Basis befindet sich ein gleichgeformtes Stück hartes Material z. B. Holz oder harter Kunststoff. Dieses verhindert, dass die Nadeln beim Stempeln durch den Stempel durchgedrückt werden. Die Nadeln müssen je nach Materialstärke, so lang sein, dass sie das Material nicht vollständig durchdringen. Im Normalfall reicht eine Teilperforation von ca. 1/3 der Materialstärke, um eine deutlich erkennbare Teiltransparenz vor einer Lichtquelle zu erzeugen.
3.1.7 Der Vorteil des Stempels besteht darin, dass der Code per Hand oder maschinell in schneller Folge z. B. auf über ein Transportband laufendes Material gedrückt werden kann. Insbesondere bei Visitenkarten ergibt sich der Vorteil, dass der Code auch per Hand noch nachträglich auf bereits vorhandene Karten aufgetragen werden kann. Werden die Karten entsprechend nur mit solchen Informationen bedruckt, die sich selten ändern (z. B. Name), so können die schnelllebigeren Informationen, wie etwa Telefonnummern oder E-Mailadressen, nach Bedarf nachträglich durch Teilperforation aufgestempelt werden. Es müssen damit weniger häufig neue Karten geordert werden.

3.2 Teiltransparenter, drei-dimensionaler Code

3.2.1 Mit dem gleichen Verfahren ist es auch möglich einen drei-dimensionalen Code zu realisieren. Dabei wird das Material in unterschiedlichen Tiefen perforiert, z. B. ¼ und ½ der Materialstärke 2. Es werden dadurch unterschiedliche Helligkeitsstufen beim Durchscheinen erreicht. Diese lassen die sich als Graustufen optisch unterscheiden 10.
3.2.2 Durch abfotografieren mit einer in einer Ausleseeinheit mit CPU 17, z. B. in einem Smartphone oder Tablet, integrierten Kamera 18 entsprechender Lesesoftware, die in der Lage ist Graustufen auszuwerten, kann der drei-dimensionale Code eingelesen werden. Durch Verwendung unterschiedlicher Perforationstiefen 5a, 6a, 7a, können differenzierte Graustufen erstellt werden.
3.2.3 Die Graustufen, bilden eine dritte Dimension im Vergleich zu zwei-dimensionalen Codes wie etwa dem QR-Code oder dem konventionellem Dotcode, die nur schwarze und weiße Flächen bzw. Punkte darstellen können, in denen die Information gespeichert ist. Aufgrund dieser Eigenschaft der Erfindung kann mehr Information gespeichert werden als in bisher verwendeten konventionellen zwei-dimensionalen Codes.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft
1 eine schematische Draufsicht auf ein beliebiges Trägermaterial (Papier, Pappe, Kunststoffe, Stoffe, Leder, Metall etc.) und eine Teilperforation des Materials
2a bis c einen Schnitt durch das Trägermaterial mit Perforation und das dazugehörige Erkennungsmuster, das beim Durchleuchten entsteht
3 eine invertierte Darstellung wie sie zur Auswertung durch eine mit einer Kamera bestückten Ausleseeinheit (z. B. Smartphone oder Tablet-Computer) benutzt werden kann
4 eine schematische Darstellung des Durchleuchtungsvorganges eines Trägermaterials (Visitenkarte aus Papier) mit Code aufgetragen als Perforation und das dazugehörige Erkennungsmuster, das beim Durchleuchten entsteht sowie das Auslesen mit einem entsprechend mit einer optischen Ausleseeinheit versehenen Lesegerät.
Die in 1 und 2a bis c dargestellten Ausführungsformen des Verfahrens zur Erzeugung und Auslesens eines zwei- oder drei-dimensionalen Codes umfassen einmal eine schematische Aufsicht auf ein geeignetes Trägermaterial 1 (sichtbare Seite der Einbringung) sowie den durch Perforation (teil- oder vollständige Perforation) eingebrachten Code 2 sowie die Schnittebene A-A 3, die in 4 als Querschnitt dargestellt wird. Dabei zeigt 5a die vollständige Perforation des Materials und 5b das dabei bei Durchleuchten entstehende Erkennungsmuster. In 6a wird Schematisch eine Teilperforation/Prägung mit eine Durchdringungstiefe von 50% und in 6b das entsprechende Erkennungsmuster dargestellt. Dagegen zeigt 7a eine Teilperforation/Prägung mit 80% Durchdringungstiefe und 7b das entsprechende Erkennungsmuster 8 zeigt dementsprechend das Erkennungsmuster als zweidimensionalen Code (Dotcode) bei 100% Lichtdurchlässigkeit, während 9 das Erkennungsmuster als zweidimensionalen Code (Dotcode) bei 50% Lichtdurchlässigkeit und 10 das Erkennungsmuster als dreidimensionalen Code (Dotcode) mit einer kombinieren Lichtdurchlässigkeit von 50%, 80% und 100% zeigt.
3 zeigt Erkennungsmuster eines dreidimensionalen Codes (Dotcode) der als invertiertes Erkennungsmuster 11 dargestellt wird.
4 zeigt das Erkennungsmuster als dreidimensionalen Code (Dotcode) bei dem die drei Dimensionen durch unterschiedliche Graustufen visualisiert sind 12. Dargestellt wird dabei, wie Lichtstrahlen 15, die von einer beliebigen Lichtquelle 16 emittiert werden und auf die Vorderseite des Trägermaterials 13 treffen. An den perforierten Stellen wird je nach Perforationstiefe mehr oder weniger Licht durchgelassen, es entsteht das Erkennungsmuster des dreidimensionalen Codes (Dotcode) auf der Rückseite des Trägers 14, der nun mit einer Ausleseeinheit 17 unter Verwendung einer optischen Komponente 18 ausgelesen und die im Code gespeicherte Information decodiert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Trägermaterial (Papier, Textil o. ä.)
2: Perforation oder Teilperforation
3: Schnittebene A-A
4: Schnittdarstellung A-A
5a: Perforation/Durchlochung.
5b: Erkennungsmuster Perforation/Durchlochung, 100% durchlässig
6a: Teilperforation/Prägung, 50% durchlässig
6b: Erkennungsmuster Teilperforation/Prägung, 50% durchlässig
7a: Teilperforation/Prägung, 80% durchlässig
7b: Erkennungsmuster Teilperforation/Prägung, 80% durchlässig
8: Erkennungsmuster 2D mit Dotcode bei 100% durchlässig
9: Erkennungsmuster 2D mit Dotcode bei 50% durchlässig
10: Erkennungsmuster 3D mit Dotcode bei 50%, 80% und 100% durchlässig
11: 3D Erkennungsmuster nach Invertierung durch Software/Algorithmus mit verschiedenen Graustufen (> 3)
12: 3D-Code bzw. Erkennungsmuster mit 3. Dimension durch Graustufen dargestellt
13: Trägermaterial Vorderseite (Beispiel Visitenkarte), mit unsichtbaren drei-dimensionalem Code
14: Trägermaterial Rückseite mit bei Durchleuchten sichtbarem drei-dimensionalem Code
15: Lichtstrahlen
16: Lichtquelle
17: Ausleseeinheit mit Prozessor (Computer)
18: Komponente zur optischen Erfassung des Codes (i. d. R. Kamera)

Claims

Verfahren, das einen zwei-dimensonalen Code nahezu unsichtbar oder versteckt, d. h. nicht offensichtlich vom Layout oder Design unterscheidbar, auf ein vorzugsweise flaches Material (bspw. Papier, Karton oder Textilien) durch Perforation (vollständiges Durchlöchern des Materials), Teilperforation (Durchlöchern bis zu einer gewünschten Tiefe) oder -Prägung (plastische Verformung des Materials) ein- oder aufbringt und eine Auslesung des so generierten Codes durch optische oder mechanische Verfahren ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 1, das einen drei-dimensionalen Code dadurch erzeugt, dass die Perforation oder Teilperforation in unterschiedliche Tiefen, z. B. ¼ und ½ der Materialstärke, ein- oder aufbringt, so dass bei Durch- oder Auflicht, z. B. optisch unterscheidbare Bereiche entstehen und eine Auslesung des so generierten Codes durch optische oder mechanische Verfahren ermöglicht. Hierbei sind über die verschiedenen Helligkeiten bei der optischen oder verschiedene Höhen bei der mechanischen Abtastung mehr Dateninformationen als über reinen binaren Code abspeicher- und auswertbar. Bei dieser Ausführung des Verfahrens erfolgt die Codierung und Auswertung über einen vollständigen, drei-dimensionalen Code.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der 2D- oder 3D-Code mechanisch durch einen Stempel, insbesondere durch Nadelstempel, Festform-Stempel oder Rollenstempel aufgebracht wird. Dazu gehören insbesondere auch mechanische Einzelnadel-Präge-, Stempel- und Drucksysteme, die entweder als Einzelnadel in x/y-Richtung ansteuerbar sind, als Nadelanordnung in einer Reihe (In-Line-Array) oder als zwei-dimensionale Anordnung (x/y-Array). Weitere Einbringungsarten können z. B. LASER, Röntgen- bzw. Synchrotronstrahlen, Elektronenstrahl oder Plasmastrahl sein. Der Code kann neben den genannten Verfahren, ebenfalls durch Urformverfahren bzw. mit Hilfe von Gießformen, Spritzguss- oder Spritzpresswerkzeugen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Tiefeninformationen des 2D- oder 3D-Codes teilweise oder vollständig invertiert eingebracht werden, also durch Erhebungen auf dem Material oder als Kombination aus Vertiefungen und Erhebungen. Insbesondere dient dies zur Darstellung von Codebestandteilen, die in Blindenschrift (Braille) lesbar sein sollen oder die mechanische Abtastung und Auswertbarkeit verbessern können.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Auslesen durch Scannen oder Fotografieren oder optischem Abtasten mittels Auf- oder Durchlichtverfahren erfolgt. Insbesondere soll der Einsatz von poly- und monochromatischen Licht (bspw. LASER) zur Abtastung Anwendung finden. Ebenfalls möglich ist das Auslesen von Gesamtperforationsmustern (und der darin enthaltenen Informationen) durch Rückschlüsse aus einem optischen Beugungs- oder Streumuster, die insbesondere bei der Abtastung mittels LASER entstehen können.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zur Auslesung erzeugte 2D- oder 3D-Code Muster ein Strichcode, Dotcode oder eine regelmäßige (bspw. numerische oder alphanumerische Zeichen, geometrische Formen) oder willkürliche Anordnung von Erkennungsmusterpunkten verteilt über eine Oberfläche darstellt. Insbesondere bei Verwendung eines invertierten Dotcodes (helle Punkte auf dunklem Hintergrund) kann der Anwender die Anordnung des 2D- oder 3D-Codes ohne Funktionalitätseinschränkungen selbst bestimmen oder kreativ an das vorhandene Layout oder Design anpassen. Um beliebige Muster darzustellen, kann neben dem eigentlich datentragenden Codezeichen bzw. Punkten (Datenmatrix) zusätzlich Ziercode eingebracht werden. Dieser Code hat keine weitere Funktion außer, das beim Durchscheinen sichtbare Lochmuster ästhetisch auszugestalten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erzeugte 2D- oder 3D-Code ein (unechtes) Wasserzeichen formt (gegenständliche oder abstrakte Darstellung oder Formen) und als dieses im Gegenlicht erkennbar ist. Hierbei kann der erzeugte Code Informationen enthalten oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 bei dem die Nutzdaten des Codes entweder in dem auf dem Träger physikalisch vorhandenen Code vollständig enthalten sind oder nur teilweise oder gar nicht, jedoch stattdessen mit enthaltenen Daten, die den Ort der Nutzdaten angeben (bspw. als Link/URL auf einen Datenablageort eines Servers im Internet oder einen abstrakteren Cloudspeicherplatz).