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Die Erfindung betrifft einen optischen Codeleser und ein Verfahren zum Lesen von optischen Codes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise 9.
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Optische Codeleser dienen der Erfassung der in einem Code enthaltenen Informationen. Besonders verbreitet sind nach wie vor Barcodes, ebenso üblich aber auch zweidimensionale Codes nach diversen Standards. In industriellen Anwendungen ist der Codeleser häufig stationär an einem Förderband montiert, auf dem codetragende Objekte an dem Codeleser vorbei gefördert werden. Bekannt sind andererseits aber auch Handgeräte, die über die zu lesenden Codes geführt werden. Es gibt Codescanner, welche die Codes mit einem Lesestrahl abtasten, und kamerabasierte Codeleser, die ein Bild des Codebereiches aufnehmen und anschließend mit Bildauswertungsalgorithmen bearbeiten.
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Viele Codeleser verfügen über eine Fokusverstellung, um ihre Optiken anzupassen und Codes über einen geforderten Arbeitsbereich hinweg zu erfassen. Meistens wird das mit einem Autofokus verbunden, bei dem der Abstand zu dem aufzunehmenden Objekt bestimmt und die Fokuslage entsprechend eingestellt wird. Im Falle von Codescannern ist es vornehmlich der Sendestrahl, der zum Erreichen eines scharfen, kleinen Lichtflecks fokussiert wird, während bei einem kamerabasierten Codeleser die Bildaufnahme scharf eingestellt wird.
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Einige herkömmliche Fokusverstellungen nutzen einen Schrittmotor, um den Abstand der Linse zu variieren. Solche Schrittmotoren verursachen aber hohe Kosten und ein großes Bauvolumen. Eine alternative bekannte Aktorik ist eine Tauchspule. Deren Wirkungsprinzip beruht auf der Lorentzkraft, die auf eine stromdurchflossene Spule in einem Magnetfeld ausgeübt wird. Derartige Tauchspulen-Aktoren sind an dünnen Biegebalken aufgehängt, und dies führt zu einer hohen mechanischen Schockempfindlichkeit.
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Die
EP 1 513 094 B1 ,
EP 1 698 995 B1 und
EP 1 698 996 B1 beschreiben jeweils einen Codeleser, bei dem ein Spiegel auf einem Schwenkarm angeordnet ist, durch dessen Bewegung sich der Lichtweg zwischen Linse und Empfangsoptik verkürzt oder verlängert, um die effektive Fokuslage einzustellen. Die Verlagerung des Spiegels bewirkt aber auch eine Lageänderung der optischen Achse, so dass dies für eine sendeseitige Verwendung in einem Codescanner nicht geeignet ist. Die reflexive Optik ist auch nicht für alle Bauformen geeignet.
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In der
EP 1 788 590 A1 wird ein Tauchspulensystem vorgestellt, das auch für die Halterung eines Objektivs in einem Laserscanner geeignet ist. Allerdings wirkt hier die Tauchspuleneinheit direkt auf das optische System ein. Ein weiteres System zur Verschiebung von Linsen längs der optischen Achse mit Hilfe von Tauchspulen ist aus der
US 4 615 585 bekannt.
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Die
EP 2 112 540 B1 offenbart einen stationären kamerabasierten Codeleser mit einer Kamerazeile, deren erfasste Bildzeilen sukzessive im Laufe einer Förderbewegung zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden. Eine Empfangsoptik ist auf einer Schwinge angeordnet, die für Fokusverstellungen parallel zur Bildzeile verschwenkt wird. Dadurch spielt die zwangsläufig mit der Verschwenkung einhergehende Verschiebung des Erfassungsbereichs keine Rolle, da lediglich die einzelnen Zeilen einen gewissen gegenseitigen Versatz erhalten. Mit der Fokussierung eines Sendestrahls in einem Codescanner befasst sich die
EP 2 112 540 B1 nicht.
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Aus der
DE 100 26 357 C2 ist eine optoelektronische Vorrichtung mit einer Ablenkeinheit zur periodischen Ablenkung eines Sendelichtstrahls bekannt, wobei die Ablenkeinheit durch eine Taumeleinheit mit als Tauchspulen ausgeführten Aktoren gebildet sein kann.
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Die
EP 2 657 881 B1 befasst sich mit einer Beleuchtungsvorrichtung für einen optischen Codeleser, deren Sendeoptik einen an einem Fixpunkt festgelegten Optikhalter aufweist. Mittels eines Aktors, der beispielsweise eine Tauchspule aufweist, kann die Sendeoptik bewegt werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Fokusverstellung in einem Codeleser zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch einen optischen Codeleser und ein Verfahren zum Lesen von optischen Codes nach Anspruch 1 beziehungsweise 9 gelöst. Der Codeleser sendet einen Lesestrahl aus und empfängt ihn wieder, um ein entsprechendes Empfangssignal zu erzeugen. Mit Hilfe des Empfangssignals liest eine Auswertungseinheit die Codeinformationen aus, sofern der Lesestrahl einen gültigen Codebereich überstreicht, insbesondere durch Abtastung nach dem Prinzip eines Codescanners. Die Auswertung umfasst daher insbesondere auch die Feststellung, ob das Empfangssignal überhaupt von einem Codebereich stammt, wobei dies auch durch Vorverarbeitung festgestellt werden kann. Eine Fokusverstelleinheit sorgt dafür, dass der Lesestrahl für den Abstand des zu lesenden Codes fokussiert ist, meist in Form einer Autofokuseinheit, welche diesen Abstand zuvor feststellt. Die Erfindung geht nun von dem Grundgedanken aus, die Sendeoptik auf einem Schwenkarm unterzubringen und diesen Schwenkarm mit Hilfe einer Tauchspuleneinheit zu verschwenken. Der Schwenkarm wirkt als Hebel, über den Bewegungen bei der Tauchspuleneinheit mit der gewünschten Über- oder Untersetzung auf die Fokusverstellung übertragen werden.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine zuverlässige und schnelle Fokusverstellung erreicht wird. Die Fokusverstelleinheit hat eine kompakte Baugröße bei geringen Modulkosten und erlaubt damit entsprechend kompakte und kostengünstige Codeleser. Außerdem hat der Codeleser mit der erfindungsgemäßen Fokusverstelleinheit einen schockunempfindlichen Aufbau, da durch den Schwenkhebel und dessen Lagerung nur entlang der Aktuierungsrichtung ein Freiheitsgrad vorliegt.
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Die Tauchspuleneinheit weist bevorzugt eine an dem Schwenkarm befestigte Spule und einen feststehenden Permanentmagneten auf, in dessen Magnetfeld die Spule angeordnet ist. Feststehend bedeutet, dass der Permanentmagnet der Fixpunkt für die Schwenkbewegung ist, d. h. im Codeleser ruht. Ein geeignet gesteuerter Stromfluss durch die Spule erzeugt eine Lorentzkraft, um die angesteuerte Fokusposition einzunehmen.
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Der Permanentmagnet erzeugt bevorzugt ein homogenes Magnetfeld. Das sorgt für eine lineare Verstellung und eine hohe Effizienz der ausgeübten Kraft.
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Der Permanentmagnet weist bevorzugt zwei Magnetpaare auf, die umgekehrt zueinander angeordnet sind. Dadurch kann die Stromrichtung im oberen und unteren Teil der Spule umgekehrt verlaufen und somit die Spule ganz in das Magnetfeld eintauchen und dabei eine einheitliche Kraftrichtung erfahren.
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Der Schwenkarm ist bevorzugt derart gelagert und in der Tauchspuleneinheit angeordnet, dass die Schwenkbewegung senkrecht zu der Längserstreckung des Schwenkarms erfolgt. Dabei ist insbesondere eine an dem Schwenkarm angebrachte Spule so im Magnetfeld angeordnet, dass eine senkrechte und damit für die Fokusverstellung besonders wirksame senkrechte Schwenkbewegung bewirkt wird.
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Die Tauchspuleinheit ist bevorzugt an einem Ende des Schwenkarms angeordnet. Damit wird die Kraft für die Schwenkbewegung vom Ende des Hebelarms her ausgeübt.
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Der Schwenkarm ist bevorzugt an seinem einen Ende gelagert. Wenn sich vorzugsweise auch die Spule an einem Ende des Hebelarms befindet, ist das Ende für die Lagerung natürlich das andere Ende. In der Lagerung befindet sich der Drehpunkt der Schwenkbewegung. Die Sendeoptik befindet sich dann vorzugsweise zwischen dem von der Tauchspuleinheit bewegten Ende und dem im Dreh- oder Lagerpunkt fixierten Ende des Schwenkarms.
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Der Schwenkarm ist bevorzugt mittels einer Blattfeder gelagert. Eine solche Blattfeder ist günstig und stabil, und sie kann die Schwenkbewegung ohne Weiteres aufnehmen. Dabei ist die Blattfeder nur in einer Achse flexibel, anders als bei sonst für Tauchspulen üblichen Biegebalken mit mehreren Freiheitsgraden. Das sorgt für Flexibilität genau dort, wo sie gebraucht wird, und damit für Robustheit gegen mechanische Belastungen wie Schock.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise weitergebildet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
- 1 eine vereinfachte Blockdarstellung eines Codelesers mit eine Fokusverstellung, die einen Schwenkarm und eine Tauchspuleneinheit aufweist;
- 2 eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform einer Fokusverstelleinheit mit Schwenkarm und Tauchspuleneinheit; und
- 3 eine Darstellung einer Tauchspuleneinheit mit Permanentmagnet und dessen Magnetfeld sowie einer darin eingetauchten stromführenden Spule.
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1 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung eines Codelesers 10. Ein Lichtsender 12, beispielsweise mit einer LED oder einem Laser als Lichtquelle, erzeugt über eine Sendeoptik 14 beispielsweise in Form einer Linse einen Lesestrahl 16, der in einen Lesebereich 18 ausgesandt wird. Trifft der Lesestrahl 16 dort auf ein Objekt, so kehrt der reflektierte oder remittierte Lesestrahl 20 zu dem Codeleser 10 zurück und wird über eine Empfangsoptik 22 auf einen Lichtempfänger 24 geführt. Dort wird aus dem auftreffenden Licht des remittierten Lesestrahls 20 ein Empfangssignal erzeugt und einer Auswertungseinheit 26 zugeführt. Die Auswertungseinheit 26 ist auch zu dessen Steuerung mit dem Lichtsender 12 verbunden.
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Um einen Code in dem Lesebereich 18 zu erfassen, erfolgt eine Abtastung durch einen Scanmechanismus beispielsweise mit einem Schwing- oder Drehspiegel, der den Lesestrahl 16 über den Codebereich bewegt. Dieser Scanmechanismus ist zur Vereinfachung nicht gezeigt. Tastet der Lesestrahl 16 beispielsweise einen Barcode ab, so wird das Empfangssignal in den Codebalken entsprechender Weise in seiner Amplitude moduliert. Die Auswertungseinheit 26 ist deshalb in der Lage, die Codeinformation auszulesen. Sie erkennt auch, wenn das Empfangssignal keinem Code entspricht. Das Auffinden von Codebereichen und das Auslesen der Codeinformation ist an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
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Für eine zuverlässige Erfassung der Codeinformation ist erforderlich, dass sich der Code in einem Abstand zu dem Codeleser 10 befindet, der innerhalb des Tiefenschärfenbereichs der Sendeoptik 14 liegt. Anders ausgedrückt soll der von dem Lesestrahl 16 auf dem Code erzeugte Lichtfleck ausreichend fokussiert sein. Um dies über einen größeren Abstandsbereich zu gewährleisten, ist eine ebenfalls mit der Auswertungseinheit verbundene Fokusverstelleinheit 28 vorgesehen. Obwohl denkbar ist, die Fokusverstelleinheit 28 für die Einstellung auf einen festen oder parametrierten Abstand zu nutzen, wird vorzugsweise der jeweilige aktuelle Abstand zu einem von dem Lesestrahl 16 angetasteten Objekt oder Code gemessen. Das kann durch eine zusätzliche, nicht dargestellte Entfernungsmesseinheit geschehen. Vorzugsweise wird aber der Lesestrahl 16 selbst für eine Entfernungsmessung genutzt, indem beispielsweise durch Amplitudenmodulation eine Frequenz auf den Lesestrahl 16 aufgeprägt und der Abstand in einem Phasenverfahren aus dem Phasenversatz zwischen Sende- und Empfangszeitpunkt bestimmt wird.
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Die Fokusverstelleinheit 28 ist schematisch in 1 und ein weiteres Mal in einer bevorzugten Ausführungsform in einer dreidimensionalen Ansicht gemäß 2 gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen jeweils die gleichen oder einander entsprechenden Merkmale.
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Die Fokusverstelleinheit 28 weist einen Schwenkarm 30 auf, der die Sendeoptik 14 haltert und an einem Ende beispielsweise über eine Blattfeder 32 an dem Codeleser 10 gelagert ist. Bewegungen des Schwenkarms 30 bezüglich der einen Lager- oder Drehpunkt bildenden Blattfeder 32 sorgen daher für einen unterschiedlichen Abstand zwischen der Sendeoptik 14 und dem Lichtsender 12 und damit eine Fokusverstellung. Eine solche Bewegung wird durch eine Tauchspuleinheit 34 bewirkt, die einen bezüglich des Codelesers 10 feststehenden Permanentmagneten 36 und eine stromdurchflossene Spule 38 aufweist, die in dessen Magnetfeld eintaucht und die an einem der Blattfeder 32 gegenüberliegenden Ende des Schwenkarms angebracht ist.
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Das jeweilige Ausmaß der Schwenkbewegung oder Auslenkung des Schwenkarms 30 kann durch Stromfluss durch die Spule 38 von der Auswertungseinheit 26 gesteuert werden. Dazu ist beispielsweise eine Fokustabelle hinterlegt, welche die benötigten Ansteuerungen mit gemessenen Entfernungen oder anderweitig festgelegten einzustellenden Fokuslagen verknüpft. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Bewegungen an der Tauchspuleneinheit 34 und Bewegungen der Sendeoptik 14 ist bekannt und durch die Geometrie des Schwenkarms 30, der Anordnung der Sendeoptik auf dem Schwenkarm 30 sowie der Lagerung des Schwenkarms 30 festgelegt, also dem Drehpunkt hier an der Blattfeder 32 und dem Angriffspunkt der Verstellkraft an der Spule 38. Dadurch kann die Fokusauflösung eingestellt werden.
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Die sendeseitig in einem Codescanner erläuterte Fokusverstellung kann im Prinzip auch empfangsseitig oder in einem kamerabasierten Codeleser statt in einem Codescanner verwendet werden.
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3 zeigt noch einmal die Tauchspuleneinheit 34 mit durch Pfeile angedeutetem Magnetfeld und der darin eingetauchten Spule 38. Der Permanentmagnet 36 weist vorzugsweise zwei Magnetpaare 36a-b und 36c-d auf, die zwischen einander jeweils ein homogenes Magnetfeld erzeugen und worin sich jeweils eine Hälfte 38a-b der Spule 38 befindet. Das obere Magnetpaar 36a-b und das untere Magnetpaar 36c-d sind dabei entgegengesetzt polarisiert, wobei dies einfach durch umgekehrte Anordnung erreichbar ist. Denn der Strom in der oberen Hälfte 38a der Spule 38 fließt aufgrund der Wicklungen und Anordnung in umgekehrter Richtung als in der unteren Hälfte 38b.
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Durch die unterschiedliche Polarisierung der Magnetpaare 36a-b, 36c-d wird erreicht, dass die Lorentzkraft auf beide Hälften 38a-b der Spule 38 gleichgerichtet ist. Beide Magnetpaare 36a-b, 36c-d sind jeweils mit einem Rückschluss 40a-b verbunden, um den magnetischen Kreis zu schließen.
