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FRÜHERE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Vorläufigen Patentanmeldung der Vereinigten Staaten Nr. 62/717.431 vom 10. August 2018, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein verbessertes Verfahren zum Scannen von Barcodes oder anderen Mustern. Genauer gesagt, bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Unterscheiden oder Blockieren von kohärenter Lichtreflexion von nicht-kohärenter Emission des Barcodes und anderer Muster, die von einer kohärenten Lichtquelle beleuchtet werden, was das Abtasten des Barcodes und anderer Muster bei größeren Versatzabständen ermöglicht.
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HINTERGRUND
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Die Verwendung von Kennzeichnungen (codierten Markierungen) in Form von Barcodes und QR-Markern hat in den letzten Jahren in der Fertigungsumgebung rasant zugenommen, wobei Kennzeichnungen bisher hauptsächlich in Verbrauchermärkten verwendet wurden. Kennzeichnungen in dieser Form wurden verwendet, um Produkte oder Objekte zu identifizieren, die Händler bei der Bestandsverwaltung und der Identifizierung der Produkte an einem Kaufort unterstützen. Um einen genauen Scan des Barcodes und neuerdings auch des QR-Markers zu erhalten, die normalerweise auf einem Etikett angebracht sind, muss das Etikett in unmittelbarer Nähe eines Barcodescanners platziert werden. Wird die unmittelbare Nähe zwischen Kennzeichnung und Scanner nicht erreicht, hat sich der Scanvorgang als unzuverlässig erwiesen.
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In jüngerer Zeit hat sich die Verwendung von Kennzeichnungen in der Fertigung als nützlich für die Qualitätskontrolle und die Bestandsverwaltung in einer Fabrik oder Fertigungsstätte erwiesen. Sicherzustellen, dass das richtige Teil am Werkstück montiert wurde und einer Steuerung zu signalisieren, dass ein Teil aus dem Lager entfernt wurde, hat sich bewährt. Der zusätzliche Schritt des Scannens von Kennzeichnungen aufgrund von Anforderungen an die Nähe hat sich jedoch als ineffizient erwiesen. In einigen Fällen wurde ein tragbarer Scanner verwendet, der für drahtlose Übertragungen geeignet ist. Diese Handscanner sind jedoch umständlich und erfordern dennoch eine unmittelbare Nähe zu den Kennzeichnungen, um effektiv zu arbeiten. Alternativ wird ein stationärer Scanner verwendet, bei dem der Bediener die Kennzeichnungen in die unmittelbare Nähe des Scanners bringen muss, was dem Montageprozess einen Schritt hinzufügt und die Effizienz reduziert.
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Versuche, die Ineffizienz bei der Verwendung eines Nahbereichsscanners zu reduzieren, haben sich bisher als vergeblich erwiesen. Das Scannen von Kennzeichnungen mit großer Reichweite hat sich als vergeblich erwiesen, um den Einsatz von Handscannern oder Scanstationen in unmittelbarer Nähe überflüssig zu machen. Das Scannen mit großer Reichweite wäre besonders nützlich als Qualitätskontrolle bei der Konstruktion von Verbundbaugruppen, bei denen Hunderte oder sogar Tausende von Einzelteilen über einen Dorn geschichtet sind. Diese Stücke sind oft schon allein durch ihr Aussehen nicht zu unterscheiden. Derzeit haben sich Versuche, mit Hilfe von Kennzeichnungen jedes Stück durch Interpretation von Kennzeichnungen auf Trägerpapier zu identifizieren, als Hindernis für die Fertigungseffizienz erwiesen, da ein Scannen in unmittelbarer Nähe erforderlich ist. Nachdem ein Einzelteil identifiziert wurde, können weitere Effizienzvorteile erzielt werden, wenn eine Position für die Platzierung des Einzelteils auf dem Dorn durch einen Laser angezeigt werden kann, der eine Umrisslinie mit einem Laserprojektor des Typs und Prozesses projiziert, der in der Patentanmeldung der Vereinigten Staaten Nr. 9,200,899 ,LASER PROJECTOR SYSTEM AND METHOD‛, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, offenbart ist.
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Die ordnungsgemäße Bestätigung, welches Einzelteil von einem Bediener ausgewählt wurde, ist entscheidend für die Einhaltung der Qualitätsstandards, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt. Eine unsachgemäße Identifizierung oder Platzierung von Bauteilen kann zu einem katastrophalen Ausfall einer Komponente in der Luft- und Raumfahrt führen. Das Scannen von Kennzeichnungen in unmittelbarer Nähe kann bei der Herstellung von kleinen Bauteilen, wie z.B. Turbinenschaufeln, eingesetzt werden. Größere Komponenten, wie z.B. Triebwerksverkleidungen oder Flügel, erfordern jedoch den Transport einzelner Teile zu und von einem nahen Scanner, was zu unzumutbaren Prozessverzögerungen führt. Eine ähnliche Situation ist bekannt bei beweglichen Montagelinien in der Automobilmontage und verwandten Fabriken, in denen Kennzeichnungen zur Überprüfung der Bauteilauswahl verwendet werden.
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Umgebungslicht verursacht zusätzliche qualitative Anomalien beim Versuch, Kennzeichnungen in Produktionsumgebungen zu scannen, nicht beschränkt auf, aber besonders für Scans mit großer Reichweite. Ein gängiges Verfahren zum Scannen von Kennzeichnungen zur Identifizierung eines Produkts oder Bauteils ist die Verwendung eines fliegenden Laserfokus. In diesem Beispiel scannt ein Laser Kennzeichnungen und die Rückintensität wird während des Scannens aufgezeichnet. Ein Laser ist beim Scannen in unmittelbarer Nähe nützlich, da ein Lichtstrahl des Laserprojektors auf einen sehr feinen Fokus fokussiert werden kann. Der Feinfokus kann bei der Überwindung hoher Umgebungslichtintensität hilfreich sein.
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Ein Laserstrahl hat jedoch einen inhärenten Nachteil, da die Lasergranulation, welche für jeden Laserstrahl typisch ist, die Fähigkeit zur Unterscheidung des Kontrasts des Rücklichts stört. Dies wird am besten in 1 dargestellt, wo die Lasergranulation eine verschwommene Antwort erzeugt, die für das hochpräzise Scannen, das für die Interpretation von Barcodes mit großer Reichweite erforderlich ist, von Natur aus ungenau ist. Dieses Problem wird nur noch verschärft, wenn Scannen über große Reichweite versucht wird. Selbst die Integration von Hochpräzisionskameras kann die mit der Lasergranulation verbundenen Probleme nicht lösen. Daher wäre es wünschenswert, ein Verfahren zum Scannen von Kennzeichnungen mit großer Reichweite zu entwickeln, um Bauteile ohne zusätzliche Schritte und Handhabung zu identifizieren, um einen genauen Scan zu gewährleisten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zum optischen Scannen von Kennzeichnungen auf einem Objekt beinhaltet das Bereitstellen einer kohärenten Lichtquelle zum Beleuchten des Objekts mit kohärentem Licht. Das Objekt ist mit einer Kennzeichnung versehen, die ein erstes Merkmal und ein zweites Merkmal beinhaltet. Das erste Merkmal beinhaltet die Reflexion von kohärentem Licht und das zweite Merkmal die Emission von nicht-kohärentem Licht. Es ist eine Abbildungsvorrichtung vorgesehen, die in der Lage ist, kohärentes Licht von nicht-kohärentem Licht zu unterscheiden. Die Kennzeichnungen werden mit kohärentem Licht beleuchtet, das von der kohärenten Lichtquelle erzeugt wird, wodurch die Kennzeichnungen kohärentes Licht reflektieren und nicht-kohärentes Licht emittieren. Das kohärente Licht wird von dem nicht-kohärenten Licht unterschieden, das von den Kennzeichnungen emittiert wird, indem ein Muster eines des ersten Merkmals und des zweiten Merkmals identifiziert wird.
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Der Barcode oder QR-Marker, aus dem die Kennzeichnungen bestehen, beinhaltet in einer Ausführungsform zwei verschiedene Farben, eine emittiert bei Beleuchtung Licht im fluoreszierenden Spektrum und die andere reflektiert Licht im nicht fluoreszierenden Spektrum. Eine Kamera oder eine andere Bildaufnahmevorrichtung ist in der Lage, die Differenz zwischen dem kohärenten Merkmal und dem nicht-kohärenten Merkmal aufzulösen, um einer Steuerung ein fein aufgelöstes Muster zu signalisieren, das durch die Kennzeichnungen definiert wird. Der Kontrast, der zwischen der kohärenten Lichtreflexion und den nicht-kohärenten Emissionen erkannt wird, überwindet das Problem der Lasergranulation, auch über große Entfernungen hinweg.
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Figurenliste
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Die Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden leicht erkannt, da sie durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
- 1 zeigt ein Bild der Lasergranulation, von dem bekannt ist, dass er Laserscans mit großer Reichweite stört und Laserbilder mit großer Reichweite verwischt;
- 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kennzeichnungsscanners der vorliegenden Erfindung;
- 3 zeigt einen Laserprojektor, der zur Identifizierung von Kennzeichnungen verwendet wird, der eine Laserschablone auf eine Arbeitsfläche projiziert;
- 4 zeigt einen Wellenlängengraphen, der die Emission von fluoreszierendem Material unter Verwendung einer grünen Laseranregung anzeigt;
- 5 zeigt einen Wellenlängengraphen, der nicht-kohärente Lichtemission mit fluoreszierendem Farbstoff in der Umgebungsbeleuchtung unterscheidet;
- 6 zeigt einen relativen Wellenlängengraphen, der ein verschleiertes Scannen mit großem Abstand von Kennzeichnungen mit einer kohärenten Lichtquelle anzeigt;
- 7 zeigt einen relativen Wellenlängengraphen, der das verbesserte Scannen von Kennzeichnungen unter Verwendung der Umwandlung von kohärentem Licht in nicht-kohärentes Licht anzeigt;
- 8 zeigt eine alternative Ausführungsform des Kennzeichnungsscanners der vorliegenden Erfindung; und
- 9 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des Kennzeichnungsscanners der vorliegenden Erfindung;
- 10 zeigt eine noch weitere alternative Ausführungsform des Kennzeichnungsscanners der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung bietet dem Bediener die Möglichkeit, Barcodes, QR-Marker und dergleichen in Entfernungen zu scannen, die deutlich weiter sind als die derzeit für Kurzstrecken-Barcodescanner erforderlichen Entfernungen. Die Erzeugung einer kohärenten Lichtbeleuchtung und die Umwandlung von kohärentem einfallendem Licht in nicht-kohärentes Licht überwindet Probleme, die beispielsweise mit Lasergranulation verbunden sind, was bisher einen Scanner in unmittelbarer Nähe eines Barcodes, QR-Markers und dergleichen erfordert hat.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Anordnung zum Ausführen der Methode der vorliegenden Erfindung in allgemeiner Weise bei 10 dargestellt. Die Anordnung beinhaltet einen Laserprojektor 12 zur Erzeugung eines Laserstrahls 13. Der Laserstrahl 13 wird von einem ersten Galvanometer 16 und einem zweiten Galvanometer 18 auf eine Arbeitsfläche 14 gerichtet. Das erste Galvanometer 16 beinhaltet ein erstes reflektierendes Element 20, das von einem ersten Scanmotor 22 angetrieben wird, und das zweite Galvanometer 18 beinhaltet ein zweites reflektierendes Element 24 sowie einen zweiten Scanmotor 26. Eine Steuerung 28 weist auch den ersten Scanmotor 22 und den zweiten Scanmotor 26 an, den Laserstrahl 13 umzuleiten, um die Arbeitsfläche 14 zu scannen. Insbesondere weist die Steuerung 28 den ersten Scanmotor 22 und den zweiten Scanmotor 26 an, ein Stück der Lage 30 zu scannen, das mit der Kennzeichnung 32 markiert worden ist.
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Eine Abbildungsvorrichtung 34 bildet die Arbeitsfläche 14 und das Stück der Lage 30, insbesondere die Kennzeichnung 32 ab. Die Abbildungsvorrichtung 34 ist eine Kamera, eine Photogrammetriebaugruppe, eine Lichtsensoranordnung oder ein gleichwertiger Sensor, der Licht im gewünschten Spektrum erfassen kann. In einer Ausführungsform filtert ein Kohärenzlichtfilter 36 kohärentes Licht vor Erreichen eines Lichtsensorelements 38 der Kamera 34 heraus.
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Die Kennzeichnungen 32 beinhalten ein erstes Merkmal 40 und ein zweites Merkmal 42, das von dem ersten Merkmal 40 unterscheidbar ist. Das erste Merkmal 40 und das zweite Merkmal 42 bilden zusammen einen Barcode, QR-Marker oder ein Äquivalent. Die Kennzeichnungen 32 sind für jedes Stück der Lage 30 eindeutig, so dass die Steuerung 28 das Stück der Lage 30 aus einer Datenbank identifizieren kann. In einer Ausführungsform bilden die Striche eines Barcodes das erste Merkmal 40 und der Hintergrund des Barcodes das zweite Merkmal 42. Alternativ bildet der Hintergrund das erste Merkmal 40 und der Barcode das zweite Merkmal 42.
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Der Laserprojektor 12 liefert eine kohärente Lichtquelle und ist als solche nur exemplarisch. Alternative Quellen für kohärentes Licht fallen in den Anwendungsbereich dieser Erfindung, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Leuchtdioden und dergleichen. Das erste Merkmal 40 beinhaltet einen fluoreszierenden Farbstoff, der bei Anregung Licht im fluoreszierenden Spektrum und insbesondere im orangen Spektrum mit einem Peak um 608 nm emittiert. Fluoreszierende Farbstoffe, die Fluoreszenzlicht mit unterschiedlichen Fluoreszenzspektren bei Anregung in verschiedenen Fluoreszenzspitzen emittieren können, fallen jedoch ebenfalls in den Anwendungsbereich der Erfindung. Es versteht sich, dass entweder das erste Merkmal 40 oder das zweite Merkmal 42 bei Beleuchtung eine Fluoreszenzemission erzeugen kann. Allerdings kann nur eines des ersten Merkmals 40 und des zweiten Merkmals 42 fluoreszierende Eigenschaften aufweisen, deren Zweck weiter unten deutlicher wird.
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6 zeigt eine Darstellung des reflektierten kohärenten Lichts, das von der Quelle des kohärenten Lichts 12 erzeugt wird, in diesem Beispiel ein Laser, der über eine Oberfläche mit kontrastierendem Reflexionsvermögen gescannt wird. Die Interferenz des vom Laser 12 erzeugten kohärenten Lichts verdeckt die Übergangsstelle für kontrastreiche Kanten und verhindert die Erkennung von kontrastarmen Merkmalen, wie sie bei Barcodes, QR-Markern und dergleichen bekannt sind. Die Unfähigkeit, eine Übergangsstelle genau zu erkennen, wird durch die in 1 gezeigte Lasergranulation verschlimmert, der bei großen Entfernungen unschärfer wird. Wenn der mit dem Laserstrahl 13 zu bedeckende Bereich groß ist und die Kennzeichnungen 32 begrenzt sind, wird die Fähigkeit, beispielsweise das erste Merkmal 40 von dem zweiten Merkmal 42 genau zu unterscheiden, völlig unzureichend. So stellt Platzieren der Kennzeichnungen 32 auf einem kleinen Bauteil, das auf einem großen Werkzeug platziert wird, oder wo eine Fertigungsfunktion, die einen großen Abstand abdeckt, einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt erfordert, um die Kennzeichnungen in die Nähe eines Scanners zu bringen, genau das Problem dar, das durch die Erfindung der vorliegenden Anwendung gelöst wurde.
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4 zeigt die Anregung eines fluoreszierenden Materials durch einen grünen Laser, der kohärentes Licht bei einer Spitze von etwa 530 nm emittiert. In diesem Beispiel erzeugt das fluoreszierende Material eine orangefarbene Fluoreszenzeliminierung, die nicht-kohärent ist und eine Spitzenantwort bei etwa 608 nm aufweist. Die Beleuchtung von fluoreszierendem Material durch eine Lichtquelle außerhalb des Fluoreszenzbandes sorgt für eine Emission des fluoreszierenden Materials, die leicht von den Lichtquellen trennbar ist. 5 zeigt als nicht einschränkendes Beispiel die Ausleuchtung des orangefarbenen fluoreszierenden Materials durch eine Umgebungslichtquelle, wobei das orangefarbene fluoreszierende Material noch eine Emissionswirkung erzeugt, die um 608 nm ansteigt und dennoch eine Differenzierung vom reflektierten Licht des grünen Lasers oder der LED ermöglicht, das eine Spitzenwellenlänge von etwa 530 nm beinhaltet. Dieses unterscheidende nicht-kohärente Emissionsergebnis veranschaulicht die für jede Produktionsumgebung typische Umgebungsbeleuchtung, wenn eine Laser- oder LED-Quelle zur Beleuchtung verwendet wird.
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Die Emission des fluoreszierenden Materials ist nicht-kohärentes Licht, auch wenn es von kohärentem Licht beleuchtet wird, das von einem Laser oder einer LED-Quelle erzeugt wird. Wenn ein Muster mit einem ersten Merkmal 40 vorgesehen ist, das beispielsweise im Orangespektrum fluoreszierend ist, und das zweite Merkmal 42 nicht fluoreszierend ist, können das erste Merkmal 40 und das zweite Merkmal 42 durch die Abbildungsvorrichtung 34 leicht unterschieden werden, wie die Trennung der in 4 dargestellten Fluoreszenzemission von kohärenten Lichtreflexionen, die durch das grüne Laserlicht erzeugt werden, zeigt. Das Sensorelement 38 in der Bildaufnahmevorrichtung kann je nach Anwendungsbedarf ein CMOS-, CCD- oder gleichwertiger Lichtsensor sein. Eine weitere Genauigkeit ist erreichbar, indem die kohärente Anregungsenergie und/oder die Umgebungsreflexion optisch blockiert wird, indem ein optischer Filter 36 zwischen dem Sensorelement 38 und der Arbeitsfläche 14 und dem Stück der Lage 30 angeordnet wird. Der Filter 36 ist so ausgewählt, dass er kohärentes Licht im Bereich von etwa 570 nm bis etwa 670 nm filtert, so dass die Kamera 34 hauptsächlich nicht-kohärentes Licht erkennt, das von dem fluoreszierenden ersten Merkmal 40 emittiert wird und eine hohe Intensität bei einer Linie oder einem Abstand bereitstellt, der zwischen dem ersten Merkmal 40 und dem zweiten Merkmal 42 definiert ist. Auf diese Weise wird der Steuerung 28 ein hochauflösendes Muster signalisiert, das dem Barcode oder QR-Marker zugeordnet ist, so dass die Steuerung 28 das Stück der Lage 30, auf dem die Kennzeichnungen 32 aufgeklebt sind, auch bei großen Entfernungen leicht identifizieren kann. Es ist zu verstehen, dass die Verwendung eines grünen Lasers und eines orange fluoreszierenden Materials nur exemplarisches und kohärentes Licht ist, das in einer anderen Wellenlänge erzeugt wird, und verschiedene fluoreszierende Emissionen fallen in den Anwendungsbereich dieser Erfindung. Unterschiedliche Emissions- und Beleuchtungslichtbereiche können in verschiedenen Produktionsumgebungen nützlich sein und fallen ebenfalls in den Anwendungsbereich dieser Erfindung. Das Umgebungslicht, in einer Ausführungsform, kann auch eliminiert werden, indem die Reflexion des Hintergrundwertes der Kennzeichnungen 32 vor der Beleuchtung durch die Quelle des kohärenten Lichts 22 identifiziert wird. Somit kann die Hintergrundlichtreflexion von dem Bild subtrahiert werden, das von der Abbildungsvorrichtung 34 nach der Beleuchtung der Kennzeichnungen 32 durch die Quelle des kohärenten Lichts 12 erzeugt wird.
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Der Filter 44 ist in einer Ausführungsform so gewählt, dass er das meiste Umgebungslicht zusätzlich zu dem von der Quelle des kohärenten Lichts 22 erzeugten kohärenten Licht blockiert. Der Filter 44 kann die Form einer passiven optischen Komponente, die zum Filtern von Licht durch ihn hindurch nützlich ist, oder eines dichroitischen Spiegels annehmen, der einen oder mehrere aus einem Wellenlängenbereich aufspaltet, wie im Folgenden in Bezug auf eine alternative Ausführungsform näher erläutert wird. In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Sensorelement 38 zwei Sensoren beinhalten, von denen einer angepasst ist, um kohärentes Licht von der Quelle des kohärenten Lichts 22 zu erfassen, beispielsweise einen grünen Laser, und einen zweiten Sensor, der angepasst ist, um nur nichtkohärentes Licht zu erfassen, das von dem fluoreszierenden Material emittiert wird, beispielsweise orange fluoreszierendem Material.
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Der Erfinder geht davon aus, dass die Kamera 34 Schwierigkeiten haben könnte, die Kennzeichnungen 32 zunächst in einem großen Arbeitsbereich zu lokalisieren, bevor sie die Kennzeichnungen interpretiert, wie zum Beispiel in einer Arbeitszelle für die Luft- und Raumfahrt, die zur Herstellung von Verbundflügeln verwendet wird. Somit lenkt die Steuerung 28 die Quelle des kohärenten Lichts 22, die Arbeitsfläche 14 zu scannen, während sie die Abbildungsvorrichtung 34 mit der Bewegung des Laserstrahls 12 über die Arbeitsfläche 14 synchronisiert. Die Abbildungsvorrichtung 34 erkennt, wenn der Laserstrahl 12 das fluoreszierende Material scannt, das eine Emission von nicht-kohärentem Licht verursacht. Diese Hochgeschwindigkeitserfassung bietet zu diesem Zeitpunkt nicht die nötige Auflösung, um die Kennzeichnungen 32 zu interpretieren, sondern überwacht lediglich die zurückgegebene Intensität, während der Laserstrahl 12 über die Kennzeichnungen 32 scannt. Die Steuerung 28 ordnet die Zeit der Erfassung des nicht-kohärenten Lichts im Zielbereich der Position des Laserscans zu, um die Position des Stückes der Lage 30 und damit die Kennzeichnungen 32 zu identifizieren. Sobald die Kennzeichnungen 32 lokalisiert sind, leitet die Steuerung 28 die Interpretation der Kennzeichnungen 32 ein, um das Stück 30 der Lage oder des Teils zu identifizieren.
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Alternativ überwacht die Abbildungsvorrichtung 34 kontinuierlich die Arbeitsfläche 14, bis das Umgebungslicht mit den Kennzeichnungen 32, insbesondere dem ersten Merkmal 40, das fluoreszierend ist, interagiert. Der Steuerung 28 wird von der Abbildungsvorrichtung 34 ein Ort einer nicht-kohärenten Emission des fluoreszierenden Materials signalisiert. Anschließend signalisiert die Steuerung 28 der Quelle des kohärenten Lichts 22, wo der Laserstrahl 12 entlang gescsannt werden soll, um ein hochauflösendes Bild der Kennzeichnungen 32 zu erzeugen, um die Kennzeichnungen 32 zu interpretieren und das Stück der Lage 30 zu identifizieren. Nachdem die Steuerung 28 die Position der Kennzeichnungen 32 bestimmt hat, wird die Abbildungsvorrichtung 34 mit der gescannten Position des Laserstrahls 13 auf der Arbeitsfläche 14 synchronisiert.
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7 zeigt die Verbesserung, die die Erfindung der vorliegenden Anwendung in Bezug auf das Scannen eines Barcodes oder anderer Kennzeichnungen mit großer Reichweite bietet, bei denen eine genaue Abgrenzung zwischen benachbarten Merkmalen (Striche und Hintergrund) für eine genaue Interpretation identifiziert werden muss. Wie im Bild in 1 dargestellt, verschwimmt die Lasergranulation, wenn ein Laserfokus weiter vom Laser entfernt ist. 7 zeigt ein Diagramm des kohärenten Lichts, das über die Kennzeichnungen 32 gescannt wird, um nichtkohärentes Licht von den Kennzeichnungen 32 zu emittieren, welches einen Barcode scannt, der die fluoreszierende Umwandlung von kohärentem Licht in nicht-kohärentes Licht beinhaltet. Der Scan mit nicht-kohärentem Licht zeigt die Intensitätsänderungen stetig an, während die Linien den Reflexionsschritt durchlaufen, wobei jede Kante eines Strichs dargestellt wird, der in einem bestimmten Barcode enthalten ist. Die Darstellung stellt ein Erscheinungsbild einer Kamera auch bei begrenzter Auflösung einer Kameralins dar, während der Laserstrahl über die durch jeden Strich eines Barcodes definierte stufenweise Änderung des Reflexionsvermögens abgetastet wird. Jedes der Liniendiagramme in 6 stellt einen Schritt in der Laserposition dar. Indem man sich auf die vorhersehbare Antwort verlässt, kann man genau ableiten, wo der Reflexionsschritt stattfindet, und man kann die Breite einzelner Barcode-Linien schätzen, auch wenn eine einzelne Linie schmaler ist als eine Auflösung von Laser und Linse. Die gestrichelte Linie mit der Angabe „Reflektivität“ ist repräsentativ für eine tatsächliche Kante, die zur genauen Interpretation eines Barcodes bei 1 auf der horizontalen Achse erfasst werden muss. Die Überlappung des Reflexionsvermögens bei 1 auf der horizontalen Achse ergibt sich aus den Intensitätsschwankungen der Lasergranulation, die zu einer Interferenz des reflektierten kohärenten Lichts führen, wie in 6 dargestellt. Das Ergebnis ist, dass die Kamera nicht erkennen kann, wo sich die Kante des Strichs tatsächlich befindet. Wie besonders in 7 dargestellt, sorgt die Umwandlung von kohärentem Licht, in diesem Beispiel durch einen grünen Laser erzeugt, in nicht-kohärentes Licht jedoch für die Trennung des kohärenten Lichts vom nicht-kohärenten Licht an der Kante eines bestimmten Strichs, so dass ein Lichtsensor oder eine Kamera auch bei großen Entfernungen eine Kante eines Strichs eindeutig identifizieren kann.
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In einer noch weiteren Ausführungsform erfasst die Abbildungsvorrichtung 34 das charakteristische Spektrum der Kennzeichnung 32, das das erste Merkmal 40 und das zweite Merkmal 42 beinhaltet, wobei mindestens eines der Merkmale 40, 42 fluoreszierend ist und sich einer Position jedes Strichs eines Barcodes nähert. Dies ermöglicht es der Abbildungsvorrichtung 34, hochauflösende Bilder schnell abzutasten, wenn sie das kohärente Licht 13 von der Quelle des kohärenten Lichts 22 verwendet, um die Kennzeichnungen 32 basierend auf dem charakteristischen Umgebungslicht zu beleuchten, das von den Kennzeichnungen 32 reflektiert oder emittiert wird. Daher muss der Laserprojektor (kohärente Lichtquelle 22) nicht nach den Kennzeichnungen 32 suchen, wenn die Abbildungsvorrichtung 34 der Steuerung 28 eine ungefähre Position der Kennzeichnungen 32 signalisiert, die wiederum dem Laserprojektor signalisiert, wo er den Laserstrahl 12 entlangscannen soll.
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In einer noch weiteren Ausführungsform, die am besten in 3 dargestellt ist (zur Kontinuität mit 2), dient das Laserprojekt und -system, das im Patent der Vereinigten Staaten Nr. 9.200.899 ‚LASER PROJEKTOR UND METHOD‛ beschrieben ist, als kohärente Lichtquelle. Daher scannt derselbe Laser, der die Kennzeichnungen 32 scannt, auch eine Laserschablone 44, die verwendet wird, um einen Bediener anzuleiten, wo er das Stück der Lage 30 oder ein anderes Bauteil auf der Arbeitsfläche 14 platzieren soll. Somit wird der Steuerung 28 signalisiert, welches Stück der Lage 30 basierend auf dem Scan der Kennzeichnungen 32 ausgewählt wurde. Die Steuerung 22 leitet dann entweder einen Bediener an, wo das Stück der Lage 30 basierend auf den erfassten Kennzeichnungen 32 platziert werden soll, oder signalisiert einen Fehler, der anzeigt, dass das Stück der Lage 30 außerhalb der richtigen Montagefolge ausgewählt wurde. Diese Sequenz erfolgt lediglich durch einen Bediener, der das Lagenmaterial in den Abbildungsbereich der Abbildungsvorrichtung 34 legt, so dass die Kennzeichnungen 32 nach der Beleuchtung mit dem kohärenten Licht abgetastet werden können.
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8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform im Allgemeinen bei 50, wobei ähnliche Elemente zur vorherigen Ausführungsform ähnliche Elementnummern beinhalten. In dieser Ausführungsform werden fluoreszierende Emissionen von den Kennzeichnungen 32 von der Abbildungsvorrichtung 34 erfasst, die auf dem gleichen Weg wie der Laserstrahl 13 zurückgeführt werden.
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Der Laser 12 (kohärente Lichtquelle) ist ein grüner Laser, der einen Laserstrahl 13 mit einer Spitze von etwa 532 nm auf einen dichroitischen Spiegel 52 zum ersten reflektierenden Element 20 und zum zweiten reflektierenden Element 24 an die Stelle der Kennzeichnungen 32 sendet, wobei entweder das erste Merkmal 40 oder das zweite Merkmal 42 fluoreszierende Materialien beinhalten. Das vom fluoreszierenden Material emittierte Rücklicht wird von den ersten und zweiten reflektierenden Elementen 20, 24 auf den dichroitischen Spiegel 52 umgeleitet, der nur Licht überträgt, das bei der Fluoreszenzwellenlänge von etwa 608 nm seinen Höhepunkt erreicht. Der Sensor 54 beinhaltet in dieser Ausführungsform Sammeloptiken und Sensorelektronik, wie beispielsweise Fotodioden, Lichtverstärker und Äquivalente, um die erforderliche Detektionsempfindlichkeit zu gewährleisten.
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Alternativ ist eine noch weitere Ausführungsform im Allgemeinen bei 60 in 8 dargestellt und beinhaltet einen nicht-dichroitischen (teilweise reflektierenden) Spiegel 56, der der Anordnung hinzugefügt wurde, um die Fluoreszenzemission 57 zu filtern und auf einen nicht-kohärenten Lichtsensor 58 zu richten und das kohärente Licht 59 auf einen anderen kohärenten Lichtsensor 61 zu richten. Diese Anordnung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass das erfasste Laserlicht von retroreflektierenden Zielen 62 reflektiert wird, die auf der Arbeitsfläche 14 angeordnet sind, um die Arbeitsfläche 14 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem relativ zum Laserprojektor 22 genau zu positionieren. Daher wird derselbe Laserprojektor 22 zum Abtasten von retroreflektierenden Zielen 62, zum Projizieren der Laserschablone 44 (3) und zum Abtasten der Kennzeichnungen 32 mit kohärentem Licht verwendet. Nach dem Abtasten und Interpretieren der Kennzeichnungen 32 scannt der Laserprojektor die retroreflektierenden Ziele 62, um die Arbeitsfläche 14 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem zu lokalisieren. Die retroreflektierenden Ziele 62 liefern in bekannter Weise kohärentes Licht zur Quelle 12. Diese Anordnung ermöglicht auch eine verbesserte Erkennung von Fluoreszenzemissionen durch Vergleich der Emissionen mit dem Niveau des reflektierten kohärenten Lichts, wodurch das Verhältnis zwischen den beiden Wellenlängen (532 nm vs. 608 nm) berechnet werden kann. Daher durchlaufen sowohl kohärente als auch nicht-kohärente Wellenlängen den teilreflektierenden Spiegel 56 zu den modifizierten Sensoren 58, 61. Die modifizierten Sensoren 58, 61 werden optional durch Hinzufügen eines internen dichroitischen Spiegels oder Splitters (nicht dargestellt) erweitert, um die Lichtemission in getrennte orange und grüne Wellenlängen zu reflektieren.
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Eine noch weitere Ausführungsform ist im Allgemeinen bei 70 von 10 dargestellt, wobei gleiche Elemente wie für die erste Ausführungsform ähnliche Elementnummern beinhalten. Eine erste Kamera 72 und eine zweite Kamera 74 empfangen Licht, das von der Arbeitsfläche 14 und den Kennzeichnungen 32 ausgestrahlt wurde, welche ein fluoreszierendes erstes Merkmal 40 beinhalten, wie oben dargelegt. Die erste Kamera 72 ist grün gefiltert und die zweite Kamera 74 ist orange gefiltert. Natürlich sollte es sich verstehen, dass die Verwendung einer ersten Kamera 72 und einer zweiten Kamera 74 auf diese Weise für die Verwendung beim Erfassen eines reflektierten grünen Laserstrahls und des emittierten orangenen Fluoreszenzlichts vorgesehen ist. Alternativ ist die erste Kamera 72 grün gefiltert und die zweite Kamera 74 grün/orange gefiltert, so dass der Wellenlängenunterschied berechnet wird, um die von dem ersten Merkmal 40 emittierte orangefarbene Wellenlänge genau zu erfassen. Darüber hinaus können Filter gewechselt werden, um entweder grüne Laserreflexion oder orange fluoreszierende Strahlung zu erfassen. Diese alternative Anordnung ermöglicht es den beiden Kameras 72, 74, den Laserstrahl 12 zu triangulieren, wenn er von einem retroreflektierenden Ziel 62 reflektiert wird, das an der Arbeitsfläche 14 befestigt ist, wie im Patent der Vereinigten Staaten Nr. 9,200,899 ‚LASER PROJECTOR SYSTEM UND METHOD‛ zur Durchführung photogrammetrischer Messungen dargelegt wurde. Daher dient der Laserprojektor 12 einer Doppelfunktion, nämlich das Objekt und/oder die Arbeitsfläche 14 dreidimensional zu lokalisieren, um die Laserschablone 44 (3) oder das Bild zu projizieren, und den Barcode oder die Kennzeichnungen 32 mit kohärentem Licht zu scannen, um zu überprüfen, ob das richtige Stück oder die richtige Lage für die Platzierung gemäß der Laserschablone ausgewählt wurde.
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Der Erfinder der vorliegenden Anwendung hat festgestellt, dass die Synchronisation der emittierten Energie (Lichtwellen) mit der Bewegung des gescannten Laserstrahls 12 eine schnelle Dekodierung der Kennzeichnungen 32, insbesondere des ersten Merkmals 40 und des zweiten Merkmals 42, das auf dem Stück der Lage 30 haftet, ermöglicht. Auf diese Weise können herkömmliche Laserprojektorsysteme, die zur Projektion von Fertigungsvorlagen verwendet werden, für die Bereitstellung von Barcodescanningfunktionen genutzt werden.
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Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich. Die vorgenannte Erfindung wurde nach den einschlägigen Rechtsnormen beschrieben; die Beschreibung ist daher nur exemplarisch und nicht einschränkend. Abweichungen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform sind für den Fachmann erkennbar geworden und fallen in den Anwendungsbereich dieser Erfindung. Der Umfang des Rechtsschutzes, der dieser Erfindung gewährt wird, kann daher nur durch die Untersuchung der folgenden Ansprüche bestimmt werden.
